{"id":1487,"date":"2015-11-12T10:34:42","date_gmt":"2015-11-12T14:34:42","guid":{"rendered":"http:\/\/nagashur.com\/blog\/?p=1487"},"modified":"2016-01-12T08:57:11","modified_gmt":"2016-01-12T12:57:11","slug":"rea-mode-de-propulsion-du-robot","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2015\/11\/12\/rea-mode-de-propulsion-du-robot\/","title":{"rendered":"REA &#8211; mode de propulsion du robot"},"content":{"rendered":"<p>Pour notre <a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2015\/10\/25\/programme-rea-rover-dexploration-autonome-introduction\/\">programme REA<\/a>, nous d\u00e9veloppons un Rover d&#8217;Exploration Autonome.<\/p>\n<p>Si nous souhaitons avoir un robot autonome qui ne soit pas une sonde immobile, il lui faut \u00eatre capable de se d\u00e9placer. Nous nous int\u00e9ressons ici aux robots terrestres, et nous pencherons sur les modes de d\u00e9placement utilisables pour nos robots. Nous verrons donc dans cet article chaque\u00a0mode de propulsion utilisable simplement pour notre robot autonome, en expliquant leur fonctionnement, et en comparant leurs avantages et inconv\u00e9nient. Le but de cette \u00e9tude th\u00e9orique est de dresser un panorama des solutions existantes afin de pouvoir choisir la plus adapt\u00e9e \u00e0 un probl\u00e8me donn\u00e9.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<h2>Choix du mode de\u00a0propulsion<\/h2>\n<p>Notre objectif est de pouvoir d\u00e9placer un rover dans un environnement inconnu et potentiellement hostile, de fa\u00e7on autonome. Pour en arriver \u00e0 ce point, nous devrons tout d&#8217;abord nous int\u00e9resser aux m\u00e9thodes de propulsion terrestre qui nous sont accessibles.<br \/>\nSur ce point, nous pouvons envisager plusieurs solutions :<\/p>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>une propulsion \u00e0 pattes;<\/li>\n<li>un a\u00e9roglisseur;<\/li>\n<li>un syst\u00e8me \u00e0 roues.<\/li>\n<\/ul>\n<p>\u00c9tudions ces solutions en d\u00e9tail.<\/p>\n<h2>La propulsion \u00e0 pattes<\/h2>\n<div style=\"width: 330px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Lauron4c_2009_FZI_Karlsruhe.jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/3\/3b\/Lauron4c_2009_FZI_Karlsruhe.jpg\/320px-Lauron4c_2009_FZI_Karlsruhe.jpg\" alt=\"Robot hexapode\" width=\"320\" height=\"213\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">Robot hexapode<\/p><\/div>\n<p>Nous pourrions nous inspirer du vivant pour d\u00e9placer notre robot. De nombreux animaux parviennent en effet \u00e0 se d\u00e9placer rapidement sur des terrains divers, parfois tr\u00e8s complexes. Avec une propulsion de ce type, on peut envisager de franchir de nombreux obstacles.<\/p>\n<p>La direction s&#8217;appuiera sur un contr\u00f4le pr\u00e9cis des mouvements et des s\u00e9quences de &#8220;pas&#8221;. Cependant, cette solution est relativement complexe \u00e0 mettre en oeuvre, et peut \u00eatre co\u00fbteuse.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Voyons rapidement les avantages et inconv\u00e9nients de cette solution:<\/p>\n<h3>Avantages<strong class=\"bbc\"> des pattes<\/strong><\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>+franchissement de trous;<\/li>\n<li>+franchissement de reliefs;<\/li>\n<li>+pr\u00e9cision potentielle;<\/li>\n<li>+possibilit\u00e9 d&#8217;utiliser les pattes pour interagir avec l&#8217;environnement;<\/li>\n<li>+possibilit\u00e9 d&#8217;aborder des terrains tr\u00e8s irr\u00e9guliers;<\/li>\n<li>+capacit\u00e9 de contr\u00f4le de l&#8217;assiette du robot (par exemple pour des photos ou de la vid\u00e9o).<\/li>\n<\/ul>\n<h3>Inconv\u00e9nients<strong class=\"bbc\"> des pattes<\/strong><\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>-difficult\u00e9s potentielles en terrain meuble;<\/li>\n<li>-complexit\u00e9 de r\u00e9alisation (n\u00e9cessite de nombreux composants);<\/li>\n<li>-complexit\u00e9 de programmation (nombreux organes \u00e0 g\u00e9rer);<\/li>\n<li>-n\u00e9cessite de nombreux capteurs pour une pr\u00e9cision optimale;<\/li>\n<li>-co\u00fbt important du fait des nombreux composants requis;<\/li>\n<li>-plus de composants impliquent un plus grand risque de panne;<\/li>\n<li>-consommation \u00e9nerg\u00e9tique relativement importante;<\/li>\n<li>-vitesse de d\u00e9placement relativement limit\u00e9e.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Cette solution pr\u00e9sente donc des avantages certains, mais n&#8217;est pas forc\u00e9ment adapt\u00e9e \u00e0 une premi\u00e8re approche, notamment du fait de sa complexit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale et de son co\u00fbt important. D&#8217;autre part, nous nous int\u00e9resserons plus tard \u00e0 l&#8217;autonomie de notre robot, et dans ce contexte, nous devons chercher une solution permettant de parcourir des distances importantes pour une faible d\u00e9pense \u00e9nerg\u00e9tique.<br \/>\nNous \u00e9cartons donc cette solution pour le moment, mais elle n&#8217;est pas d\u00e9finitivement abandonn\u00e9e. En effet, dans certains contextes, elle pourra fournir une tr\u00e8s grande capacit\u00e9 de franchissement que nous pourrions souhaiter.<\/p>\n<h2><strong class=\"bbc\">Les<\/strong> a\u00e9roglisseurs<\/h2>\n<div style=\"width: 312px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Hovercraft_-_scheme.svg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/3\/31\/Hovercraft_-_scheme.svg\/302px-Hovercraft_-_scheme.svg.png\" alt=\"Illustration de MesserWolland, cc - Wikimedia commons\" width=\"302\" height=\"240\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">Illustration de MesserWolland, cc &#8211; Wikimedia commons<\/p><\/div>\n<p>Le principe est ici de faire reposer le robot sur un coussin d&#8217;air afin de r\u00e9duire les frottements. De ce fait, une force tr\u00e8s l\u00e9g\u00e8re suffit \u00e0 d\u00e9placer l&#8217;ensemble. En pratique, des soufflantes de sustentation <strong>(3)<\/strong> g\u00e9n\u00e8rent un flux d&#8217;air important <strong>(2)<\/strong> vers le sol. Ce flux d&#8217;air est contr\u00f4l\u00e9 par une jupe <strong>(4)<\/strong> qui le retient partiellement sous le syst\u00e8me. Si le flux d&#8217;air est suffisant, l&#8217;ensemble se soul\u00e8ve du sol.<\/p>\n<p>On peut alors utilis\u00e9 un syst\u00e8me d&#8217;h\u00e9lices <strong>(1)<\/strong> \u00a0pour d\u00e9placer horizontalement notre hovercraft. Celui ci peut alors se d\u00e9placer sur n&#8217;importe quel type de surface \u00e0 peu pr\u00e8s plane, m\u00eame de l&#8217;eau.<br \/>\nPour tourner, un orientera la soufflante propulsive dans une direction ou une autre, ou alors on utilisera plusieurs soufflantes que l&#8217;on contr\u00f4lera individuellement pour jouer sur la trajectoire.<br \/>\n\u00c9tudions bri\u00e8vement les avantages et inconv\u00e9nients de cette solution:<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Avantages<strong class=\"bbc\"> des a\u00e9roglisseurs<\/strong><\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>+Capacit\u00e9 de d\u00e9placement sur des sols meubles et sur l&#8217;eau;<\/li>\n<li>+Vitesse potentiellement importante;<\/li>\n<li>+Principe relativement simple;<\/li>\n<li>+Programmation \u00e0 priori simple.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>Inconv\u00e9nients<strong class=\"bbc\"> des a\u00e9roglisseurs<\/strong><\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>-N\u00e9cessit\u00e9 d&#8217;une jupe en mat\u00e9riau souple, qui va s&#8217;user;<\/li>\n<li>-Puissance consomm\u00e9e par la\/les soufflantes de sustentation en permanence;<\/li>\n<li>-Difficult\u00e9 d&#8217;un positionnement pr\u00e9cis;<\/li>\n<li>-Incapacit\u00e9 \u00e0 franchir des obstacles plus hauts que la jupe.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Les deux principaux probl\u00e8mes de cette solution sont en pratique la consommation \u00e9nerg\u00e9tique importante pour la soufflante, et les capacit\u00e9s de franchissement d&#8217;obstacle. Pour notre rover, puisque nous ignorons le type d&#8217;obstacles \u00e0 attendre ce point pose probl\u00e8me, et l&#8217;autonomie en sera un autre. Toutefois, cette solution restera probablement l&#8217;une des plus performantes en environnement meuble\/humide\/aquatique.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2>Propulsion par roues<\/h2>\n<div style=\"width: 330px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Wheel_components.jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/dc\/Wheel_components.jpg\/320px-Wheel_components.jpg\" alt=\"cc - Tung1213 - Wikimedia Commons\" width=\"320\" height=\"239\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">cc &#8211; Tung1213 &#8211; Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<p>Nous nous int\u00e9resserons maintenant \u00e0 la roue, invention fondamentale. Le principe est de faire tourner nos roues pour propulser le robot. Cette solution particuli\u00e8rement \u00e9prouv\u00e9e a \u00e9t\u00e9 test\u00e9e dans de nombreux environnements, et est fiable, efficace et potentiellement peu co\u00fbteuse en \u00e9nergie.<\/p>\n<p>Nous parlons ici de roues, mais nous englobons les syst\u00e8mes bas\u00e9s sur des roues, m\u00eame si elles ne sont pas forc\u00e9ment en contact direct avec le sol, comme pour les chenilles. Nous parlerons ici globalement des syst\u00e8mes terrestres s&#8217;appuyant sur la rotation d&#8217;un dispositif plus ou moins circulaire pour se d\u00e9placer.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Penchons nous sur les points forts et faibles de l&#8217;utilisation des roues.<\/p>\n<h3>Avantages des roues<\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>+efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique relativement bonne;<\/li>\n<li>+vitesse relativement bonne;<\/li>\n<li>+syst\u00e8me \u00e9prouv\u00e9 et fiable;<\/li>\n<li>+capacit\u00e9 de franchissement potentiellement int\u00e9ressante (d\u00e9pend de la conception);<\/li>\n<li>+grande simplicit\u00e9 de mise en oeuvre;<\/li>\n<li>+simplicit\u00e9 de programmation;<\/li>\n<li>+possibilit\u00e9 de contr\u00f4le pr\u00e9cis.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>Inconv\u00e9nients des roues<\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>-capacit\u00e9 de franchissement limit\u00e9e par les roues<\/li>\n<li>-il y aura une d\u00e9clivit\u00e9 maximale franchissable ( -&gt; impossible de franchir des c\u00f4tes trop importantes)<\/li>\n<li>-sensible aux trous, dans une certaine mesure;<\/li>\n<\/ul>\n<p>En pratique, cette solution est tr\u00e8s int\u00e9ressante pour un robot d&#8217;exploration, car elle permet une bonne efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique, donc une bonne autonomie, une vitesse importante, et on peut adapter les capacit\u00e9s de franchissement. On restera en de\u00e7\u00e0 des capacit\u00e9s atteignables avec les meilleurs robots marcheurs, mais toutefois dans une mesure raisonnable. De plus, on peut se d\u00e9placer plus vite et plus longtemps qu&#8217;avec un marcheur, on pourra donc se permettre de contourner des obstacles plut\u00f4t que de les franchir syst\u00e9matiquement. Enfin, cette approche est du fait se sa simplicit\u00e9 parfaite pour d\u00e9buter.<\/p>\n<p>Pour la direction, nous aurons deux approches. Soit nous utiliserons des roues directrices, \u00e0 savoir capable de tourner par rapport \u00e0 l&#8217;axe du v\u00e9hicule, comme dans une voiture de tourisme, soit nous utiliserons un syst\u00e8me de conduite diff\u00e9rentielle, en faisant tourner les roues de droite et de gauche \u00e0 des vitesses et dans des sens diff\u00e9rents pour tourner. En pratique, cela \u00e0 diverses cons\u00e9quences.<br \/>\n<span class=\"bbc_underline\"><strong class=\"bbc\">Analyse de l&#8217;utilisation de roues directrices<\/strong><\/span><\/p>\n<p>L&#8217;utilisation de roues directrices est une m\u00e9thode tr\u00e8s employ\u00e9e pour les v\u00e9hicules conduits par des humains, et moins souvent pour des robots simples. Voyons les avantages et inconv\u00e9nients.<\/p>\n<h4><strong class=\"bbc\">Avantages<\/strong> des<strong class=\"bbc\"> roues directrices<\/strong><\/h4>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>+n\u00e9cessite un seul moteur pour la propulsion;<\/li>\n<li>+contr\u00f4le pr\u00e9cis de la trajectoire simple;<\/li>\n<\/ul>\n<h4>Inconv\u00e9nients des roues directrices<\/h4>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>-n\u00e9cessite un syst\u00e8me sp\u00e9cifique pour contr\u00f4ler l&#8217;orientation des roues directrices;<\/li>\n<li>-entra\u00eene que le robot a un rayon de braquage non nul, il ne peut tourner directement sur place;<\/li>\n<li>-on peut \u00eatre amen\u00e9 \u00e0 faire des man\u0153uvres en plusieurs temps, plus complexes;<\/li>\n<li>-peu adaptable \u00e0 un syst\u00e8me de chenilles.<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3><span class=\"bbc_underline\"><strong class=\"bbc\">Conduite diff\u00e9rentielle<\/strong><\/span><\/h3>\n<p>Une autre solution est d&#8217;utiliser un d\u00e9placement reposant sur la conduite diff\u00e9rentielle. Nous avons donc des paires de roues, \u00e0 gauche et \u00e0 droite, et en faisant varier la vitesse de rotation des roues et\/ou leur sens, on peut faire tourner le robot plus ou moins vite, et avec un rayon de braquage plus ou moins court.<\/p>\n<h3><strong class=\"bbc\">Avantages de la conduite diff\u00e9rentielle<\/strong><\/h3>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>+pas besoin de syst\u00e8me complexe pour la direction;<\/li>\n<li>+programmation extr\u00eamement simple;<\/li>\n<li>+utilisation sur roues ou chenilles;<\/li>\n<li>+rayon de braquage nul : le robot peut tourner sur place;<\/li>\n<li>+ensemble potentiellement extr\u00eamement simple, avec peu d\u2019\u00e9l\u00e9ments.<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong class=\"bbc\">Inconv\u00e9nients de la conduite diff\u00e9rentielle<\/strong><\/p>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>-n\u00e9cessite deux moteurs (gauche et droit &#8211; il faudra des paires si plus de 2 roues motrices).<\/li>\n<\/ul>\n<h2>Conclusions sur la propulsion<\/h2>\n<p>Au vu des sp\u00e9cificit\u00e9s de chaque solution, nous nous tournerons donc vers un syst\u00e8me de propulsion par roues, avec l&#8217;utilisation de conduite diff\u00e9rentielle. Cette solution \u00e0 l&#8217;avantage d&#8217;\u00eatre extr\u00eamement simple, adaptable, \u00e9volutive, efficace sur le plan \u00e9nerg\u00e9tique, robuste, relativement rapide, et pour un co\u00fbt et une complexit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale tr\u00e8s faible. Nous pourrons sur cette base construite un robot simple, efficace et performant tr\u00e8s rapidement, tout en conservant la possibilit\u00e9 d&#8217;ajuster les performances et la capacit\u00e9 du syst\u00e8me assez facilement. Nous utiliserons utiliserons donc cette approche pour la suite de cette phase du <a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2015\/11\/12\/programme-rea-rover-dexploration-autonome-introduction\/\">programme REA<\/a>.<\/p>\n<p>Aux prochains \u00e9pisodes, nous verrons les parties suivantes :<\/p>\n<ul>\n<li><a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2015\/11\/19\/rea-motorisation-choix-composants\/\">Choix de la motorisation<\/a>;<\/li>\n<li><a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2016\/01\/12\/rea-roues-chenilles-transmission-de-puissance\/\">La transmission de la puissance<\/a>.<\/li>\n<\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Pour notre programme REA, nous d\u00e9veloppons un Rover d&#8217;Exploration Autonome. Si nous souhaitons avoir un robot autonome qui ne soit pas une sonde immobile, il lui faut \u00eatre capable de se d\u00e9placer. Nous nous int\u00e9ressons ici aux robots terrestres, et nous pencherons sur les modes de d\u00e9placement utilisables pour nos robots. 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