{"id":1492,"date":"2016-01-12T08:19:21","date_gmt":"2016-01-12T12:19:21","guid":{"rendered":"http:\/\/nagashur.com\/blog\/?p=1492"},"modified":"2016-02-20T11:33:54","modified_gmt":"2016-02-20T15:33:54","slug":"rea-roues-chenilles-transmission-de-puissance","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2016\/01\/12\/rea-roues-chenilles-transmission-de-puissance\/","title":{"rendered":"REA &#8211; roues ou chenilles :  transmission de la puissance"},"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. Dans les pr\u00e9c\u00e9dents billets, nous avons discut\u00e9 du <a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2015\/11\/12\/rea-mode-de-propulsion-du-robot\/\">mode de d\u00e9placement du robot<\/a>, puis des divers <a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2015\/11\/19\/rea-motorisation-choix-composants\/\">types de motorisation exploitables<\/a>. Maintenant que nous avons s\u00e9lectionn\u00e9 un type de moteurs, il nous faut un moyen de transformer le mouvement de rotation de l&#8217;axe moteur en un mouvement lin\u00e9aire du robot. On s&#8217;appuiera pour cela sur des roues ou chenilles, utilis\u00e9es dans plusieurs configurations :<\/p>\n<ul class=\"bbc\">\n<li>deux roues motrices et une roue libre omnidirectionnelle;<\/li>\n<li>quatre roues motrices (ou N paires de roues motrices);<\/li>\n<li>deux roues entra\u00eenant des chenilles.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Voyons en d\u00e9tail ces solutions.<\/p>\n<h2><strong>Deux roues motrices et une roue libre omnidirectionnelle<\/strong><\/h2>\n<div style=\"width: 330px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Scribbler_robot.jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/8\/8e\/Scribbler_robot.jpg\/320px-Scribbler_robot.jpg\" alt=\"cc Jiuguang Wang, Wikimedia commons\" width=\"320\" height=\"240\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">Robot \u00e0 deux roues motrices et une roue omnidirectionnelle. cc Jiuguang Wang, Wikimedia commons<\/p><\/div>\n<p>Si nous avons deux roues motrices, alors il nous faut un troisi\u00e8me point de contact avec le sol pour que le robot reste en \u00e9quilibre. Il existe des robots capables de se contenter de deux roues, en s&#8217;\u00e9quilibrant automatiquement, mais cette approche est plus complexe, et posera d&#8217;autres probl\u00e8mes, sans forc\u00e9ment apporter grand chose \u00e0 notre rover. Nous devons donc trouver un moyen d&#8217;avoir un troisi\u00e8me point de contact qui g\u00e9n\u00e8re aussi peu de frottement que possible. Pour cela, nous utiliserons une roue omnidirectionnelle. Il s&#8217;agit d&#8217;une roue capable de rouler dans tous les sens sur sur le plan. Pour cela, il y a deux approches communes :<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>les billes ou &#8220;<em>ballcaster<\/em>&#8220;;<\/li>\n<li>les roues sur un pivot.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>Le <em>ballcaster<\/em>, ou bille<\/h3>\n<div style=\"width: 330px\" class=\"wp-caption alignright\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Plastic_Ball_Caster.jpg?uselang=fr\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/9\/90\/Plastic_Ball_Caster.jpg\/320px-Plastic_Ball_Caster.jpg\" alt=\"Image IPB\" width=\"320\" height=\"213\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">ballcaster en plastique, cc Bomazi, wikimedia commons.<\/p><\/div>\n<p>Pour la premi\u00e8re solution, on utilise une bille m\u00e9tallique ou en plastique enferm\u00e9e dans une base ajour\u00e9e dans sa partie basse. La bille ne peut s&#8217;\u00e9chapper de cette base, mais est libre de tourner dans tous les sens. On fixe alors l&#8217;ensemble sur le ch\u00e2ssis du robot, et on obtient notre troisi\u00e8me point de contact. Cette solution est peu co\u00fbteuse, facile \u00e0 mettre en \u0153uvre, et on trouvera une grande vari\u00e9t\u00e9 de <em>ballcasters<\/em>. En contrepartie, on aura davantage de frottement qu&#8217;avec une roue classique, et une hauteur de franchissement d&#8217;obstacle plus faible, \u00e0 moins de trouver un <em>ballcaster<\/em> de tr\u00e8s grande taille, ce qui est plus rare.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>La roue sur pivot<\/h3>\n<p>La roue sur pivot est une roue classique, fix\u00e9e sur un support rotatif, qui fait que celle ci peut tourner normalement comme une roue classique, mais \u00e9galement de gauche \u00e0 droite facilement. On s&#8217;en servira de fa\u00e7on totalement passive : les roues motrices feront tourner le robot dans un sens, et la roue libre s&#8217;alignera avec le sens de d\u00e9placement du robot. On peut toutefois concevoir d&#8217;utiliser ce syst\u00e8me avec un servomoteur pour tourner cette roue libre, et ainsi avoir une direction par ce biais plut\u00f4t que par les roues motrices. C&#8217;est une solution plut\u00f4t performante, avec peu de frottements. Cependant, il est parfois difficile de trouver de petites roues de ce genre, en dessous d&#8217;une certaine taille, on ne trouvera que des <em>ballcasters<\/em>.<\/p>\n<p>Dans les deux cas, cette solution limite la capacit\u00e9 de franchissement d&#8217;obstacle du rover en fonction de la taille de cette roue omnidirectionnelle. Plus elle est petite, plus on sera arr\u00eat\u00e9s par de petits obstacles. Pour un sol relativement lisse, c&#8217;est donc une bonne solution, en milieu accident\u00e9, on sera en revanche plus limit\u00e9s.<\/p>\n<h2><strong class=\"bbc\">Quatre roues motrices (ou 2N roues motrices)<\/strong><\/h2>\n<div style=\"width: 251px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:K10_robot.jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/3\/3e\/K10_robot.jpg\/241px-K10_robot.jpg\" alt=\"robot K10 - image NASA\" width=\"241\" height=\"240\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">robot K10 &#8211; image NASA<\/p><\/div>\n<p>Pour cette approche, nous aurons 4 roues motrices (ou plus), donc chacune avec un moteur. Cette solution fournira un couple plus important, en contrepartie d&#8217;une consommation sup\u00e9rieure. On aura \u00e9galement une bonne capacit\u00e9 de franchissement, avec potentiellement la possibilit\u00e9 de franchir des obstacles plus grands que les roues, si la garde au sol est assez importante. On r\u00e9duit le risque d&#8217;\u00eatre embourb\u00e9, ensabl\u00e9, ou bloqu\u00e9 \u00e0 cause d&#8217;une roue dans le vide.<\/p>\n<p>Les points n\u00e9gatifs sont qu&#8217;il faut 4 moteurs, qui consommeront davantage (en th\u00e9orie!), et qu&#8217;il faudra synchroniser les moteurs pour des performances optimales. Petit point sur la consommation toutefois. Si l&#8217;on prend un robot d&#8217;une masse donn\u00e9e \u00e9quip\u00e9 de deux moteurs. Les moteurs devront chacun fournir un couple de X g\/cm pour faire avancer le robot. Pour toutes autres choses \u00e9gales par ailleurs, si l&#8217;on passe \u00e0 4 roues motrices, chaque moteur devra fournir X\/2 g\/cm de couple pour faire avancer le robot de fa\u00e7on identique. De ce fait on a plus de moteurs, mais chacun sera moins sollicit\u00e9, donc consommera moins.<\/p>\n<p>En pratique, on aura des pertes, donc il est difficile de donner une r\u00e8gle g\u00e9n\u00e9rale. On peut cependant s&#8217;attendre \u00e0 ce qu&#8217;\u00e0 priori, 4 moteurs consomment un peu plus que 2 sur un robot , mais pas forc\u00e9ment le double, \u00e0 moins que tous les moteurs ne soient pouss\u00e9s au maximum de leurs capacit\u00e9s.<\/p>\n<div style=\"width: 330px\" class=\"wp-caption alignright\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:PIA15279_3rovers-stand_D2011_1215_D521.jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/4\/42\/PIA15279_3rovers-stand_D2011_1215_D521.jpg\/320px-PIA15279_3rovers-stand_D2011_1215_D521.jpg\" alt=\"3 g\u00e9n\u00e9rations de rovers martiens \u00e0 6 roues. Domaine public (source Nasa)\" width=\"320\" height=\"162\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">3 g\u00e9n\u00e9rations de rovers martiens \u00e0 6 roues. Domaine public (source Nasa)<\/p><\/div>\n<p>Il est \u00e0 noter qu&#8217;on peut utiliser 6, 8 ou 2N roues motrices si on le souhaite. Tous les rovers envoy\u00e9s sur Mars par la NASA comportent 6 roues (<a href=\"https:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/Mars_Pathfinder#Le_rover\">sojourner<\/a>, <a href=\"https:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/Mars_Exploration_Rover\">spirit et oportunity<\/a>, et <a href=\"https:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/Mars_Science_Laboratory\">curiosity<\/a>)<br \/>\n.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Le premier rover \u00e0 rouler sur un autre astre que la terre : lunokhod<\/h3>\n<div style=\"width: 311px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Lunokhod-3_side.jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/6\/6f\/Lunokhod-3_side.jpg\/301px-Lunokhod-3_side.jpg\" alt=\"Image IPB\" width=\"301\" height=\"240\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">Le Lunokhod 3 de profil (domaine public)<\/p><\/div>\n<p>Le premier robot de l&#8217;histoire de l&#8217;humanit\u00e9 \u00e0 se d\u00e9placer \u00e0 la surface d&#8217;un autre corps c\u00e9leste fut le rover Lunokhod,ou le marcheur lunaire, en 1970, ouvrant la voie \u00e0 l&#8217;exploration spatiale robotique. Des chercheurs de l\u2019\u00e9quipe de Sergue\u00ef Korolev, au c\u0153ur du programme spatial russe, furent par la suite (apr\u00e8s le changement de r\u00e9gime russe en 1989) contact\u00e9s et recrut\u00e9s pour le d\u00e9veloppement du programme de rovers de la NASA. Ces technologies sont donc bien plus anciennes que ce que l&#8217;on imagine!<br \/>\nLes Lunokhod avaient quand \u00e0 eux 8 roues.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2>Deux roues entra\u00eenant une chenille<\/h2>\n<div style=\"width: 330px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a class=\"bbc_url\" title=\"Lien externe\" href=\"http:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:NASA%27s_GROVER_Debuts_On_Greenland%E2%80%99s_Ice_Sheet_(wallpaper).jpg\" rel=\"nofollow external\"><img loading=\"lazy\" class=\"bbc_img\" src=\"http:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/6\/61\/NASA%27s_GROVER_Debuts_On_Greenland%E2%80%99s_Ice_Sheet_%28wallpaper%29.jpg\/320px-NASA%27s_GROVER_Debuts_On_Greenland%E2%80%99s_Ice_Sheet_%28wallpaper%29.jpg\" alt=\"Robot GROVER, en Islande - image NASA\" width=\"320\" height=\"240\" \/><\/a><p class=\"wp-caption-text\">Robot GROVER, en Islande &#8211; image NASA<\/p><\/div>\n<p>Une autre solution est d&#8217;utiliser des chenilles. Celles ci poss\u00e8dent en effet de nombreux avantages, avec par exemple une tr\u00e8s grande surface de contact avec le sol. Il en d\u00e9coule une excellente adh\u00e9rence, et une faible pression par unit\u00e9 de surface sur le sol.<\/p>\n<p>Cette technologie r\u00e9duit donc le risque d&#8217;enlisement ou d&#8217;ensablement. Du fait de son excellente adh\u00e9rence, elle permet en outre d&#8217;aborder des pentes importantes, pourvu que les moteurs fournissent la puissance n\u00e9cessaire. Enfin, cette solution permet un franchissement d&#8217;obstacle excellent, pouvant d\u00e9passer la hauteur de l&#8217;engin. Conclusions sur la transmission de la puissance<\/p>\n<p>En effet, si les chenilles d\u00e9passent de l&#8217;avant du rover, elles pourront agripper l&#8217;obstacle, et l&#8217;avant se soul\u00e8vera pour le franchir. Si les chenilles sont aussi longues que le rover, il n&#8217;y aura pas de &#8220;zone morte&#8221; au milieu. On ne pourra donc pas se retrouver bloqu\u00e9 sur un obstacle entre deux jeux de roues. En revanche, la chenille sera aussi solide que le plus faible de ses maillons. Si la chenille casse, alors il y a peu de chances que le rover puisse se d\u00e9placer. Pour de longues missions, il conviendra de choisir des chenilles solides. La seconde contrepartie, c&#8217;est que les chenilles g\u00e9n\u00e8rent plus de r\u00e9sistance au mouvement, et donc une consommation \u00e9nerg\u00e9tique sup\u00e9rieure. Selon leur taille et leur qualit\u00e9, on trouvera diverses gammes de prix pour ces chenilles.<br \/>\nMalgr\u00e9 ces petits inconv\u00e9nients, les chenilles restent une solution tr\u00e8s int\u00e9ressante, et simple \u00e0 mettre en \u0153uvre.<br \/>\nIl est \u00e0 noter que l&#8217;on peut tr\u00e8s bien utiliser 4 roues motrices entra\u00eenant les chenilles, pourvu qu&#8217;on synchronise les roues de chaque chenille. C&#8217;est en effet un bon moyen d&#8217;augmenter le couple disponible, et ainsi la capacit\u00e9 de franchissement du rover. Du fait de la tr\u00e8s grande surface de contact entre le sol et la chenille, ce syst\u00e8me b\u00e9n\u00e9ficiera d&#8217;autant plus efficacement de la puissance apport\u00e9e par des paires de moteurs suppl\u00e9mentaires.<\/p>\n<h2>Conclusions sur la transmission de la puissance : roues ou chenilles ?<\/h2>\n<p>Dans le contexte d&#8217;un rover devant affronter un terrain accident\u00e9, la solution la moins \u00e0 m\u00eame de franchir les obstacles sera celle des deux roues motrices avec une roue omnidirectionnelle. Toutefois, puisque la gestion des moteurs et l&#8217;algorithme de conduite seront identique \u00e0 celui des deux roues entra\u00eenant des chenilles, et tr\u00e8s proches de la version 4 roues motrices (ou plus), nous pourrons utiliser ce syst\u00e8me pour des prototypes, ou pour des missions en terrain relativement lisse. On pourra toutefois utiliser deux roues libres non omnidirectionnelles \u00e0 la place d&#8217;une roue omnidirectionnelle, et cela nous permettra une meilleure capacit\u00e9 de franchissement, et une meilleure stabilit\u00e9, au prix d&#8217;un peu plus de frottement, et donc d&#8217;une efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique plus faible. Cette configuration peut en outre facilement \u00eatre convertie en une configuration \u00e0 chenilles, et vice-versa.<\/p>\n<p>Les autres solutions sont toutes deux tr\u00e8s int\u00e9ressantes, la solution des 2N roues motrices \u00e9tant plus co\u00fbteuse en moteurs et en \u00e9nergie (potentiellement), mais tr\u00e8s efficace. Sur un terrain tr\u00e8s accident\u00e9 ou difficile, la solution la plus efficace sera celle des chenilles. Sur un terrain moins difficile, les 2N roues motrices peuvent fournir une meilleure efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique, une vitesse de pointe plus \u00e9lev\u00e9e, tout en conservant une bonne capacit\u00e9 de franchissement, mais pour un co\u00fbt plus \u00e9lev\u00e9s, non seulement pour les moteurs, mais aussi pour les capteurs n\u00e9cessaires pour chaque moteur.<\/p>\n<p>Dans le contexte d&#8217;un petit rover, afin de maintenir des co\u00fbts acceptables, et une bonne versatilit\u00e9 de l&#8217;ensemble, le syst\u00e8me final embarquera probablement des chenilles entra\u00een\u00e9es par deux moteurs.<\/p>\n<p>Maintenant que nous avons d\u00e9termin\u00e9 l&#8217;architecture globale du syst\u00e8me de propulsion du rover, il nous faut nous int\u00e9resser \u00e0 la source d&#8217;\u00e9nergie de celui ci. <a href=\"http:\/\/nagashur.com\/blog\/2016\/02\/20\/rea-energie-alimentation-electrique-batteries-rover\/\">Nous nous penchons sur ce sujet dans le billet suivant<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Pour notre programme REA, nous d\u00e9veloppons un Rover d&#8217;Exploration Autonome. 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