Comment soulever une banane: un guide sur les moteurs en robotique

Cet article traite des bases des moteurs électriques pour applications robotiques. Il s'adresse à tous ceux qui veulent en savoir un peu plus sur les moteurs. Ce n’est pas très précis, mais les prochains articles approfondiront les détails de la motorisation et du contrôle en robotique.

Que sont les moteurs? Quels moteurs peuvent être utilisés pour des applications robotiques? Bien que ces questions puissent paraître simples et complexes à la fois, laissez-moi d'abord vous dire de quoi je ne parlerai pas dans ce post:

  • Moteurs de voiture
  • Moteurs d'hélicoptères et d'avions
  • Moteurs de fusée
  • Moulin à vent et moulins à eau
  • Toutes sortes de moteurs non électriques

(Je sais ce que vous pensez: encore un autre article qui ne parle pas des moteurs de fusée, où allons-nous tous, quel est même ce monde, et ainsi de suite. Je sais et je suis désolé.) Plus tard, il y a aussi certains types de moteurs électriques sur lesquels je parlerai brièvement pour reconnaître leur existence, mais rien de plus.

Ce que je vais parler dans ce post sont les moteurs électriques utilisés en robotique.

Remarque: le terme robotique englobe tellement de concepts et l’immensité des définitions et interprétations est si proche de l’infini que je n’essaierai même pas de le définir ici et maintenant.

Convenons simplement qu'un robot a un «cerveau» (ordinateur), des «sens» (capteurs) pour capturer ce qui se passe autour de lui et des «muscles» (actionneurs) pour fournir un mouvement et une interaction avec le monde.

Maintenant, pourquoi je vous parle de moteurs? Je vais y répondre avec trois questions (et trois réponses), en supposant que mon objectif est de fabriquer des robots.

  1. QUE VOULONS-NOUS? Nous voulons faire des robots qui bougent. Nous voulons une motion. Un bon exemple pourrait être que vous souhaitiez concevoir un bras robotique capable de soulever une banane pour vous (voici enfin en quoi consistait le titre).
  2. Pourquoi en voulons-nous? Eh bien, un robot qui ne bouge pas n’est pas vraiment un robot, n’est-ce pas? Plus comme un rocher ou un pot de fleurs. Mais encore une fois, les définitions de la robotique varient considérablement.
  3. COMMENT FAISONS-NOUS ÇA? Nous le faisons avec des moteurs électriques. Parce qu’aujourd’hui (fin 2017), la motorisation électrique est la technologie la plus accessible pour créer du mouvement. Pas le seul, bien sûr, mais le moins cher, le plus disponible et le plus facile à utiliser.

Nous pouvons convenir d’une part que les dispositifs robotiques sont mieux petits, bien intégrés et peu gourmands en consommation d’énergie. D'autre part, un robot est agréable s'il peut se déplacer sans à-coups, agiter les bras ou soulever des objets. Et soyez autonome. (De nombreuses fonctionnalités intéressantes pourraient être ajoutées à cette liste, comme masser le cou ou vous faire un sandwich, mais restons simples et continuons avec la banane.)

Cela nous conduit naturellement vers des moteurs électriques petits et efficaces, des types faciles à acheter, à intégrer et à contrôler.

Alors maintenant que nous avons un sujet (moteurs électriques pour applications robotiques), revenons à la question initiale:

Que sont les moteurs?

Un moteur électrique est un dispositif qui transforme l'énergie électrique (électricité avec tension et courant) en énergie mécanique (mouvement linéaire ou - principalement - rotationnel).

L'énergie électrique est l'entrée du moteur et l'énergie mécanique est la sortie. Donc, pour l’instant, si vous arrêtez de lire après cette phrase (mais ne l’oubliez pas), un moteur est une boîte magique capable de générer des mouvements à partir d’électricité.

Un moteur hautement simplifié par une boîte noire-magique. Utilisez la magie noire avec prudence.

Cette magie, la plupart du temps, est aussi appelée électromagnétisme. Nous en reparlerons plus tard.

Remarque: Techniquement, si vous prenez la même boîte magique et appliquez un mouvement de rotation à la sortie (qui devient donc une entrée), vous obtiendrez de l'énergie électrique provenant du côté entrée-maintenant-sortie. Le résultat s'appelle un générateur, et nous n'en parlerons pas plus que cette note.

Il existe plusieurs catégories et sous-catégories de magic b… hum, de moteurs électriques.

J'ai choisi de les présenter de cette façon. Voici une liste des catégories de moteurs:

  • Moteurs synchrones AC
  • Moteurs asynchrones à courant alternatif
  • Moteurs à courant continu
  • Autres moteurs (pas à pas, etc.)

Mais avant de creuser dans ceux-ci, nous avons besoin d'une base.

Comment fonctionnent les moteurs électriques?

Attendez-vous aux quelques moteurs de la dernière catégorie, tous les précédents de la liste utilisent l'électromagnétisme pour transformer l'électricité en mouvement. En faisant passer du courant dans un fil enroulé autour d'une barre de fer, par exemple (appelé électro-aimant), un champ magnétique est créé et peut attirer ou repousser les aimants, les matériaux ferreux et les autres électro-aimants.

Donc, en gros, voici la recette:

  • Prenez des bobines et placez-les dans un cercle (elles ne doivent pas pouvoir bouger).
  • Prenez un aimant et placez-le au centre du cercle. L'aimant doit pouvoir pivoter tout en restant au centre.
  • Mettez le courant dans les bobines, l'une après l'autre, et regardez l'aimant central tourner, l'un de ses pôles étant attiré par la bobine alimentée.

Félicitations, vous venez de fabriquer un moteur électrique.

Sachez maintenant que les configurations peuvent varier: les bobines peuvent être au centre (parfois autour du fer, parfois non), des aimants peuvent former le cercle, parfois il peut ne pas y avoir d'aimants du tout, etc. Chaque configuration est un type de moteur de la liste de catégories ci-dessus.

En ce qui concerne le vocabulaire, ce sont les mots principaux dont vous aurez besoin pour continuer:

  • Stator: la partie du moteur qui ne bouge pas (par exemple, les bobines de la recette précédente)
  • Rotor: la pièce qui aura un mouvement de rotation (par exemple l'aimant central de la recette)
  • Bobines: Parfois, je peux dire des enroulements, parfois des bobines. Une bobine est un fil qui possède une gaine isolante très fine et qui est enroulé correctement plusieurs fois autour de lui-même ou d'une armature (voir ci-dessous).
  • Brosses: elles n'existent que si le rotor a des bobines. Les brosses sont une paire de petites pièces fixes qui établissent un contact électrique entre le rotor des bobines (via le commutateur) et l’alimentation électrique par friction, permettant ainsi au rotor de… tourner.
  • Commutateurs: Ils n'existent que si le rotor a des bobines. Ce sont les parties conductrices du rotor qui viennent alternativement en contact avec les brosses. Chaque paire de commutateurs est câblée à une paire de bobines sur le rotor.
  • Armature: matériau ferreux, parfois laminé pour éviter certaines astuces électromagnétiques vicieux, autour duquel est enroulé le bobinage ou la bobine.
  • Logement: la partie autour du moteur, qui protège l'intérieur de tout type de gêne extérieure (poussière, eau, musique médiocre, etc.)
  • Couple: La force de rotation qu'un moteur peut fournir à la sortie.
  • Vitesse: Celui-ci est facile. la vitesse de rotation à la sortie du moteur.
Remarque: le couple et la vitesse sont des données très importantes à connaître sur un moteur, car elles définissent le poids qu'un bras robotique peut soulever (par exemple) et à quelle vitesse il peut le faire. Certaines bananes peuvent être lourdes, soyez prudent.
Parallèlement à ceux-ci, d'autres concepts tels que la tension nominale, le couple constant ou le courant à vide sont essentiels lors du choix d'un moteur, mais ils peuvent être abordés de manière plus précise.
Un exemple de moteur électrique en marche. Wow, et ça bouge. (la source)

Certains de ces mots nous aideront à comprendre la prochaine partie de ce post:

Creuser dans les types de moteurs

Dans la liste précédente des catégories de moteurs, éliminons les deux premiers. Les moteurs synchrones et asynchrones sont alimentés en courant alternatif, ce qui signifie courant alternatif. Le courant alternatif provient principalement de votre prise murale, et nous pouvons le représenter sous forme de vagues de courant sans fin (courbes sinusoïdales). Ce n'est pas fait pour la robotique, principalement parce que c'est beaucoup trop de puissance.
Les moteurs synchrones et asynchrones sont en général trop gros pour être utilisés dans des robots, même à taille humaine. (De nombreux moteurs à courant continu sont également surdimensionnés.)

Qui veut construire un robot avec ça quand même?

Cela nous permet de raccourcir la liste et d'éviter de nombreuses explications gênantes:

  • Moteurs à courant continu
  • Autres moteurs (pas à pas, etc.)

Pour chacune des catégories et sous-catégories, j'expliquerai en gros comment sont fabriqués les moteurs et comment ils fonctionnent, puis je parlerai de leurs avantages et inconvénients et des endroits où on peut les trouver.

Moteurs Catégorie 1: Moteurs à courant continu

DC signifie courant continu. Il s’agit d’une courbe de courant plate (différente de celle du courant alternatif) et elle est utilisée dans des piles ou à la sortie de la plupart des alimentations que vous utilisez pour divers appareils de votre maison.

Nous pouvons diviser cette catégorie en deux parties: les moteurs à courant continu brossé et les moteurs à courant continu sans balais.

  • Moteurs CC brossés

Un moteur à courant continu à balais est composé d'un rotor en bobine et d'aimants permanents comme un stator. Le rotor étant à enroulement, il doit être alimenté en énergie pour générer un champ magnétique. Donc, nous trouvons aussi des balais et des commutateurs pour permettre le courant dans l'enroulement.

Une petite recette pour expliquer son fonctionnement:

  • Appliquez l’alimentation d’une batterie aux bornes du moteur. L'électricité circule à travers les brosses vers une première paire de commutateurs, puis vers une première paire de bobines.
  • L'armature autour de cette paire de bobines devient un électro-aimant et a maintenant deux pôles.
  • Le pôle nord du rotor est attiré par le pôle sud de l’un des aimants permanents du stator; le pôle sud du rotor est attiré par le pôle nord de l'aimant permanent opposé, le stator. Cela fait tourner le rotor pour adapter sa position.
  • Au fur et à mesure que le rotor tournait, les commutateurs changeaient de position et une nouvelle paire de bobines était alimentée en puissance, à travers les balais et les commutateurs.
  • Le rotor doit à nouveau tourner pour adapter sa nouvelle position d’attraction, et ainsi de suite.
Une autre image volée (source)

Il existe une sous-catégorie de moteurs à courant continu à balais appelée moteur sans noyau, lequel rotor est composé uniquement d’un enroulement sans armature, c’est-à-dire sans noyau de fer, c’est-à-dire sans noyau. Les aimants sont situés au centre du moteur, à la place du côté interne du boîtier, comme sur les moteurs à courant continu à balais standard. Cette technologie est courante dans les très petits moteurs à courant continu à balais et offre les avantages suivants: accélérations élevées et dynamisme élevé (en raison de l'inertie plus faible du rotor), réduction des bruits électriques et efficacité accrue.

Le moteur à courant continu à balais est le moteur le plus utilisé en robotique et le plus largement utilisé en raison de sa facilité de production et, partant, de son prix ridicule sur le marché. Ce sont clairement des pros, de même que leur facilité et de nombreuses façons de les contrôler.

Remarque: nous reviendrons un autre jour pour expliquer les différentes façons de contrôler un moteur à courant continu à balais.

Ces moteurs ont des inconvénients: tout d’abord, la qualité est associée au coût (le moins cher, la moins bonne qualité). Cela signifie parfois des matériaux médiocres, des assemblages faibles et des moteurs en surchauffe. Les balais, quelle que soit leur qualité, constituent une partie faible du moteur car ils sont toujours en friction avec le collecteur. Avec le temps et en fonction de l'utilisation du moteur, les brosses s'usent et créent de la poussière; la connexion n'est donc pas toujours faite avec les collecteurs, ce qui entraîne une perte de vitesse et de couple importante.
À la fin, tous ces inconvénients ont un impact important sur la vie du moteur.

Plusieurs célèbres robots non fictifs ont brossé les moteurs à courant continu à l'intérieur de leur matériel. Certains robots fictifs en ont probablement aussi.
Nao, Pepper, Roomba ou Asimo: ils ont tous des moteurs à courant continu brossés à l'intérieur (et d'autres types aussi).

  • Moteurs CC sans balais

Comme son nom l'indique, cette sous-catégorie de moteurs à courant continu ne comporte ni brosses ni capteurs pour permettre la connexion électrique entre l'alimentation et le rotor.

Le moteur à courant continu sans balai (BLDC) fonctionne sur le même principe que le moteur à courant continu à balai, l’électromagnétisme. Cependant, le rotor, qui ne peut pas être alimenté, est constitué d’aimants permanents.

Les bobines du stator sont soit disposées autour - extérieur - du rotor (moteurs intégrés), ou au centre - intérieur - du rotor (moteurs associés, le carter faisant partie du rotor). Ces bobines sont disposées par paire situées de chaque côté, afin de leur donner un pôle nord et un pôle sud lorsqu’elles sont alimentées. Le nombre de bobines est toujours un multiple de 3, car il s’agit toujours de 3 phases (c’est pourquoi 3 fils sortent sur un BLDC).

En ce moment, je suis sûr qu’une photo sera à la fois appréciée et bien accueillie:

À gauche, un coureur; à droite, un coureur (source).

La recette:

  • Alimentez les bobines les unes après les autres (vous aurez besoin d’un tableau de commande spécial pour cela).
  • Un champ magnétique rotatif est créé, faisant tourner l’aimant du rotor pour «attraper» les pôles changeants:
Vue simplifiée du coureur sortant (BLDC a généralement plus de sinuosités). Le bleu (moins) est attiré par le rouge (plus) et le rouge par le bleu. (la source)

Ce type de moteur peut être contrôlé de plusieurs manières. Dans certains cas, si nécessaire, la position du rotor peut être extraite avec différentes solutions. Vous trouverez plus de détails dans un prochain article.

En ce qui concerne le pour et le contre, le premier pro est clair: pas de brosse signifie pas de contact, pas de friction, donc pas d’usure; cela implique une fiabilité et une efficacité optimales (friction signifie perte d'énergie sous forme de chaleur).

Le BLDC en course offrira plus de vitesse que de couple, en raison de l’inertie de leur rotor. Au contraire, les coureurs BLDC auront plus de couple et moins de vitesse. Selon la fonction souhaitée, cela peut être un avantage ou un inconvénient.

Un inconvénient important est le prix, plus cher que leurs cousins ​​à moteurs brossés. Cela s'explique par de nombreux facteurs (construction des enroulements, aimants, composants électroniques, etc.).

Un autre inconvénient est que BLDC est la plupart du temps plus difficile à contrôler et nécessite un tableau de commande électronique.
De plus, leur vitesse élevée possible, comme pour les moteurs à balais, peut impliquer l’utilisation d’un réducteur à la sortie des moteurs pour réduire la vitesse et augmenter le couple. Cela signifie toujours une perte d'efficacité, mais il est très souvent utilisé.

Une petite partie de la boîte de vitesses pour réduire la vitesse d'un moteur. (la source)
Remarque: La réduction est une partie cruciale du processus de choix de la motorisation. Pour rester dans l’essentiel, n’oubliez pas qu’un réducteur, composé d’engrenages assemblés, vise à réduire la vitesse et, sans parler de l’efficacité, à multiplier le couple du moteur auquel il est couplé.

De nombreux robots célèbres ont des moteurs CC sans balais ainsi que des moteurs balais. Cependant, étant plus onéreux et plus compliqué à contrôler que les moteurs à balais, les robots «bon marché» et les robots jouets peuvent ne pas fournir de BLDC à l'intérieur.

Avant de passer à la catégorie suivante

Je voudrais ouvrir une catégorie latérale encore importante, celle des servomoteurs.

Ce type de moteur est en réalité plus qu’un moteur, c’est une "boîte" (encore) qui comprend un moteur à courant continu (à balais ou sans balais), une réduction de l’axe de sortie du moteur, un capteur pour connaître la position de la sortie, et une carte électronique pour le contrôle.

Servomoteurs. Dans la deuxième photo, ce servomoteur a eu la gentillesse de nous montrer son intérieur. (source 1, source 2)

Cet actionneur est largement utilisé en robotique, car il permet de contrôler la position angulaire de la sortie, quel que soit le couple à appliquer (dans la limite des spécifications). Il fonctionne en boucle fermée, le capteur donnant un retour d'information de la position et la carte électronique la corrigeant presque en même temps.

Par exemple, imaginez cette application sur votre robot de levage de bananes à un bras: vous pouvez choisir un angle précis pour le bras à atteindre, tout en soulevant le fruit jaune. Si la banane est mangée en même temps, le poids changera mais le bras restera dans la même position, grâce à la boucle fermée et à la correction constante de la position.

Les avantages sont les fonctions bien intégrées qui se rangent dans une petite boîte, ce qui facilite son assemblage dans une pièce robotique plus grande; de plus, le contrôle existe déjà et n'implique pas de concevoir un nouveau, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.

Les inconvénients sont que certains d’entre eux ne conviendront pas à l’application que vous avez choisie. De plus, de nombreux servomoteurs ont une mauvaise qualité et un mauvais contrôle.

Tout moteur à courant continu peut être transformé en servomoteur à la condition d'ajouter les fonctions de capteur, de réduction et de contrôle. Maintenant, vous savez qu'il existe déjà dans son ensemble. Soigné.

Comme je l'ai dit plus tôt, le célèbre robot marcheur Asimo est constitué de moteurs à courant continu. C'était en partie la vérité, car certains de ses actionneurs sont en fait des servomoteurs constitués de moteurs BLDC.

Les trois robots Poppy, Ergo Jr. et Reachy, très liés à la société française Pollen Robotics, sont constitués de servomoteurs.

En fait, les servomoteurs sont plus souvent utilisés pour des projets robotiques personnels. Pourquoi donc? Parce qu'un servomoteur est bon marché par rapport à toutes les fonctions qu'il fournit (motorisation, réduction, capteur, contrôle en boucle fermée). Vous n’avez peut-être pas beaucoup d’argent pour mener à bien vos projets personnels, et vous vous retrouvez face à ce choix:

  • trouvez un moteur à courant continu, concevez une réduction et plongez au cœur de la jungle du contrôle moteur, ce qui peut prendre des semaines, voire des mois; ou
  • achetez-vous un servomoteur afin de pouvoir soulever votre banane le jour même de votre achat (vous n'êtes pas tout à fait sûr de trouver à la fois le servomoteur et la banane dans le même magasin).

Le choix est assez évident.

De plus, des outils réputés et peu coûteux (tels que les cartes électroniques Arduino, Raspberry Pi, etc.) permettent aux personnes non professionnelles d'accéder à la robotique facile en contrôlant de nombreux types de moteurs, y compris des servomoteurs.

Moteurs Catégorie 3: autres moteurs

Dans cette dernière catégorie, je parlerai des moteurs pas à pas, puis très brièvement de certains autres types de moteurs peu communs.

  • Moteurs pas à pas:

Ces moteurs sont différents des moteurs à courant continu. Cependant, ce sont des moteurs CC synchrones sans balais, mais leurs fonctions sont tellement différentes de celles de BLDC que je les ai classées dans une autre catégorie. Bien que la technologie utilisée à l’intérieur soit toujours l’électromagnétisme, la construction et le contrôle sont également différents.
Un moteur pas à pas permet de tourner très lentement tout en "comptant" les pas. Il peut également maintenir la position à un angle précis.

En quoi sont-ils différents des servomoteurs? Les moteurs pas à pas ont un couple plus élevé, et un contrôle en boucle fermée n’est pas nécessairement nécessaire (même s’il est possible de l’utiliser avec un retour).

Un très bon moteur pas à pas (source)

Un moteur pas à pas comporte un rotor, un stator et un boîtier. Le rotor est divisé en plusieurs étapes (ou dents), le plus souvent 48 ou 200. Il en résulte une division de 360 ​​° en rotation de 7,5 ° ou 1,8 ° par étape (certaines autres valeurs sont possibles: 12, 24, même 400). Il est composé soit d’aimants permanents (stepper à aimant permanent), soit de fer plat (steppers à réluctance variable), soit d’un mélange des deux (steppers hybrides). Le stator a des bobines divisées en phases (2 phases, appelées bipolaires, ou 4 phases, appelées unipolaires).

Pour la science, ce moteur pas à pas a accepté d'être ouvert après sa mort (source)

Comment travaillent-ils? Voici une autre recette simple:

  • Mettez sous tension les électro-aimants formés par les bobines, une phase après l’autre, avec un tableau de commande électronique dédié.
  • Observez les dents du rotor alignées sur les électroaimants alimentés, les autres dents étant décalées par rapport aux électroaimants non utilisés.
  • Chaque fois que la phase suivante est alimentée, le rotor tourne légèrement pour permettre aux dents les plus proches de s’aligner sur leurs électro-aimants correspondants, etc.
Quatre étapes simplifiées d'un moteur pas à pas rotatif. (la source)

Il existe 3 types différents de moteurs pas à pas (aimant permanent, réluctance variable et hybride) et différentes manières de les contrôler. Cependant, je ne parlerai volontiers pas d’eux plus spécifiquement dans cet article.

Avantages: souvent utilisé avec des applications à entraînement direct (aucune réduction requise). Très précise pour le positionnement, cette technologie de moteurs offre différentes façons de contrôler, y compris d’améliorer encore la précision angulaire en «divisant» les étapes.

Inconvénients: Ce n’est pas évident à contrôler, vous aurez besoin de connaître certaines compétences et d’utiliser un tableau électronique dédié. En outre, il est toujours plus cher que les moteurs à balais CC.

Ces moteurs sont largement utilisés dans les machines qui doivent déplacer les choses dans des positions très précises, comme les imprimantes ordinaires ou les imprimantes 3D. Bien que le premier ne soit pas ce que j'appelle un robot, le second est néanmoins intéressant, et certains robots industriels ont exactement les mêmes fonctions.

  • Moteurs piézoélectriques:

Avec les moteurs piézoélectriques (ou piézo), nous perdons la magie de l'électromagnétisme. Cette technologie utilise les propriétés spécifiques des matériaux piézoélectriques (non conducteurs) qui peuvent changer de forme tout en étant exposés à un champ électrique.

Ce n'est pas un doigt géant tenant un piézomoteur de taille normale, c'est un doigt régulier qui tient un très petit piézomoteur. (la source)

Comment ça fonctionne? Eh bien, j’espérais une seconde que vous ne poseriez pas cette question. Mais allons-y.

Comme toujours, faisons une recette:

  • Prenez une pièce en forme de bague en matériau piézoélectrique et placez-la sous une pièce en forme de bague en métal ordinaire. C'est le stator.
  • Prenez une partie en forme d'anneau mince en céramique, qui est le rotor.
  • Appliquez une fréquence électronique très spécifique au piézo-matériau du stator. Des vibrations seront créées et transmises à la partie métallique du stator.
  • La vibration du stator créera de minuscules ondes invisibles qui feront tourner le rotor dans le sens opposé.
Je peux à peine imaginer qui, sur Terre, a dit un jour: -Qui sont-ils, essayons ce truc, ça va probablement bouger! (la source)

Avantages: offre un excellent couple ou une vitesse très lente. Les piézomoteurs peuvent être très minuscules.

Inconvénients: cher, en raison des matériaux particuliers utilisés et de la taille de la plupart des moteurs piézomoteurs, ce qui les rend complexes à concevoir et à produire. En outre, très complexe à contrôler et nécessite des cartes de contrôle de pilote élaborées:

Pilote de contrôle d'un piézomoteur. (la source)

Bien qu'ils soient parfois utilisés dans des applications robotiques, ils sont encore rarement utilisés en raison de la complexité de leurs systèmes électroniques de contrôle. Nous les avons néanmoins trouvés notamment dans des robots conçus pour des domaines de recherche spécifiques à la microrobotique (par exemple, la chirurgie).

  • Encore d'autres types de moteurs:

Outre les moteurs à courant alternatif dont j'ai brièvement parlé, on peut trouver divers moteurs au nom étrange. Par exemple, les moteurs à hystérésis qui sont parfois utilisés comme freins pour diverses applications et fonctionnent également avec l'électromagnétisme, fournissant un couple très précis. Les moteurs à courant de Foucault (ou moteurs à courant de Foucault) sont un autre type de moteur. Ils sont généralement plus gros et fonctionnent avec des variations de champs électromagnétiques dans un matériau non magnétique. Cette dernière catégorie ne semble pas être utilisée en robotique.

Qui a dit que les moteurs n'étaient conçus que pour faire tourner les choses? Certains d'entre eux ne sont même pas en rotation. Nombre de ces technologies antérieures peuvent être utilisées pour fabriquer des actionneurs linéaires.

Moteur linéaire (la source)

De plus, certains actionneurs non électriques peuvent être trouvés, comme les vérins pneumatiques (principalement linéaires), et parfois l'air est remplacé par de l'eau, voire par de l'huile (vérin hydraulique). Cela crée un mouvement mais on l’appelle à peine un moteur.

Actionneur pneumatique (source)

La recherche essaie toujours de se rapprocher des muscles humains, en utilisant divers matériaux qui ont dû oublier qu'ils étaient de vrais matériaux et ont commencé à avoir des comportements étranges. Par exemple, certains d'entre eux s'appellent des alliages à mémoire de forme, et ils peuvent pratiquement se souvenir de leur forme ou position préférée et y revenir après avoir été déformés.

Remarque: tous les moteurs précédents dont nous avons parlé dans cet article peuvent être achetés avec une réduction intégrée. C'est ce qu'on appelle un motoréducteur. Les moteurs à engrenages sont très utiles lorsque vous souhaitez éviter les étapes pénibles de la conception de votre propre réduction. Les moteurs à engrenages offrent une vitesse plus lente et un couple plus élevé que les moteurs seuls.

Maintenant, comment puis-je choisir mon moteur dans ce désordre?

Le choix d'un moteur est une étape cruciale de la robotique. Ne le négligez pas si vous ne voulez pas risquer d’avoir une conception médiocre qui ne remplit pas les fonctions de base.

Il existe de nombreuses applications, de nombreuses questions doivent être posées et de nombreux moteurs peuvent être testés avant de trouver le bon. Chaque application que vous souhaitez poursuivre pour vos projets (bras robotique, marche pieds, plate-forme de roue, robot volant, levage de banane, etc.) comporte une (ou plusieurs) solution (s) qui sera différente de toute autre application. Et il existe de nombreuses façons de trouver des solutions.

Voici quelques conseils pour commencer à choisir:

  • Pour avoir une perspective claire, énumérez ce que vous voulez et ce que vous ne voulez pas. Créez une sorte de fichier de spécifications, même s’il s’agit d’une liste d’idées émises sur un bout de papier sale. (Ce pauvre morceau de papier sera infiniment reconnaissant de servir, en particulier pour un objectif aussi significatif et brillant que la robotique.)
  • Ne négligez pas vos propres recherches: ne vous attachez pas à un seul site Web ou à un seul post (même celui-ci), allez chercher le plus d’informations possible et confrontez-les ensemble. Mais…
  • … Fais attention à ce que tu trouves. Certains contenus comportent des erreurs ou de mauvaises explications. Toujours vérifier ce que vous trouvez.
  • En outre, faire des recherches dans les livres. Les livres ont tendance à être beaucoup plus revus que le contenu trouvé en ligne.
  • Si vous le pouvez, faites vos propres calculs (et faites-les réviser par d'autres): beaucoup de personnes qui ne sont pas professionnelles sont très douées pour concevoir de belles pièces de travail robotique sans faire le moindre calcul. C'est formidable, mais si vous pouvez en faire, cela vous donnera plus de confiance et vous permettra de voir les choses et pas seulement à la surface. La théorie est géniale. Mais…
  • … Essayez de tester physiquement vos différentes solutions. La théorie et la pratique s’accordent rarement parfaitement et, au final, c’est la pratique que vous voulez voir fonctionner.
  • Allez faire un tour. Vous le méritez. Sérieusement, allez voir le soleil, respirez l'air et sentez l'herbe sous votre peau. Je t'attendrai ici. Oh, et apportez-moi une glace au citron - prenez ceci - et offrez-vous la saveur que vous voulez.
  • Restez en sécurité. Dès que vous quittez la théorie pour pratiquer, respectez les règles de sécurité, notamment parce que vous allez traiter avec des piles.
  • Il n'y a pas de moteur parfait pour ce que vous voulez faire. Vous devrez probablement faire des compromis, adapter vos spécifications, trouver un équilibre entre le pour et le contre pour obtenir le plus près possible d'une solution viable.

Ensuite, vous pouvez vous poser un tas de questions qui vous aideront à préciser le choix, en fonction des avantages et des inconvénients de chaque technologie et de vos recherches. Voici quelques exemples de ces questions:

  • Ai-je besoin d'un couple mais d'une vitesse faible ou d'une vitesse faible?
  • Ai-je besoin d'un contrôle de vitesse, de couple ou d'angle?
  • Quel type de contrôle électronique puis-je utiliser ou que je souhaite utiliser?
  • Est-ce que mon application peut fonctionner en entraînement direct ou avec une réduction?
  • De quelle qualité ai-je besoin et quelle durée de vie?
  • De quel poids est-ce que je m'occupe pour soulever?
  • Combien d'argent est-ce que je veux dépenser?
  • De quelle précision ai-je besoin?
  • Dans quel environnement mon robot va-t-il fonctionner?
  • Ai-je besoin d'une sécurité particulière?
  • Est-ce que je veux lever des bananes ou explorer Mars?

Gardez à l'esprit qu'il n'y a pas de moteur particulier parfaitement adapté à une situation donnée. Mais plus vous parvenez à répondre à ces questions, plus votre idée du moteur idéal sera précise.

Merci pour la lecture.
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Soulève-moi!

Je suis un ingénieur en mécatronique, cofondateur de Luos Robotics. Nous développons de nouvelles technologies afin de construire des robots plus facilement et plus rapidement.