Un actionneur de robot est la pièce qui transforme une commande en mouvement. Sans lui, un robot n’est qu’un châssis rempli de capteurs et de code. Cependant, avec les actionneurs adaptés, cette même machine peut soulever, marcher et saisir. Ce guide présente les principaux types d’actionneurs et explique comment les ingénieurs font leur choix entre eux. Il montre également pourquoi ces composants déterminent dans une si large mesure les capacités d’un robot.
Qu’est-ce qu’un actionneur robotique ?
Un actionneur convertit l’énergie en mouvement. Cette énergie peut être électrique, provenir de la pression d’un fluide ou de l’air comprimé. Le mouvement peut prendre la forme d’une rotation, d’une poussée ou d’une traction. En d’autres termes, l’actionneur est le muscle de la machine.
Un contrôleur lui envoie un signal. L’actionneur actionne alors une articulation, une roue ou un doigt. Parallèlement, des capteurs transmettent le résultat au contrôleur. Cette boucle permet au robot de corriger ses propres mouvements.
Le lien avec l’IA physique
En IA physique, le logiciel doit agir dans le monde réel. C’est au niveau de l’actionneur que cette action se produit. Un modèle de planification ingénieux ne sert à rien si les articulations ne peuvent pas suivre ses commandes. Par conséquent, la qualité du matériel fixe une limite à ce que le logiciel peut accomplir.
Principaux types d’actionneurs robotiques
La plupart des actionneurs robotiques se répartissent en trois familles. Chacune présente un compromis entre puissance, vitesse et contrôle. Les ingénieurs choisissent celui qui convient le mieux à la tâche à accomplir.
Actionneurs électriques
Les moteurs électriques constituent le choix le plus courant. Ils sont propres, silencieux et faciles à contrôler. Les servomoteurs et les moteurs pas à pas font tous deux partie de cette catégorie. De plus, ils s’associent bien aux batteries et aux contrôleurs numériques.
La plupart des bras de robot d’usine utilisent des entraînements électriques. Le bras de robot industriel en est un bon exemple. Chaque articulation est équipée d’un moteur et d’un réducteur. Le réducteur sacrifie la vitesse au profit du couple, ce qui permet à un petit moteur de déplacer une charge lourde.
Actionneurs hydrauliques
Les actionneurs hydrauliques propulsent un fluide à travers des vérins. Ils développent une force très élevée malgré leur taille compacte. C’est pourquoi les machines lourdes, telles que les pelles hydrauliques, s’appuient sur ce type de système. Certains robots à pattes ont recours à l’hydraulique pour la même raison.
Les inconvénients sont toutefois réels. Les pompes sont bruyantes et les fuites peuvent causer des dégâts. De plus, le système nécessite un entretien régulier.
Actionneurs pneumatiques
Les actionneurs pneumatiques utilisent de l’air comprimé. Ils sont légers, peu coûteux et rapides. De nombreuses pinces simples fonctionnent de cette manière. Cependant, l’air étant facile à comprimer, le positionnement précis s’avère plus difficile.
Comment les actionneurs robotiques déterminent le mouvement
Trois qualités sont primordiales. Le couple vient en premier lieu : il s’agit de la force de torsion exercée au niveau d’une articulation. La vitesse détermine la rapidité avec laquelle l’articulation peut tourner. Enfin, la précision décrit dans quelle mesure l’articulation atteint sa cible, ce qui est essentiel pour des tâches telles que l’insertion d’une petite pièce.
Ces qualités s’opposent les unes aux autres. Un actionneur puissant est souvent lourd. Un actionneur rapide peut générer des vibrations. Par conséquent, les concepteurs optimisent rarement une caractéristique sans compromettre une autre.
Le poids a également une incidence sur la conception. Un actionneur lourd au niveau du poignet oblige le moteur de l’épaule à fournir un effort supplémentaire. C’est pourquoi de nombreux robots placent les moteurs près du corps et actionnent les membres à l’aide de câbles ou de courroies.
Souplesse et sécurité
Les actionneurs rigides peuvent blesser les personnes. Les conceptions plus récentes intègrent des ressorts ou des matériaux souples, de sorte que l’articulation cède au contact. Ce principe s’appelle la souplesse. Il est essentiel pour les robots qui travaillent aux côtés des humains.
Ce même principe s’applique à la pince du robot. Un doigt souple s’adapte à la forme d’un œuf ou d’un boulon. Il nécessite ainsi moins de capteurs pour éviter d’écraser l’objet.
Choix des actionneurs robotiques dans les machines réelles
Les robots humanoïdes illustrent clairement ces compromis. Un humanoïde a besoin de jambes puissantes, de bras légers et de mains habiles. Chaque partie peut donc utiliser un type d’actionneur différent. La présentation générale des actionneurs sur Wikipédia répertorie les principaux principes physiques qui sous-tendent ces choix.
Le coût influe également sur les décisions. Les moteurs à couple élevé équipés de réducteurs précis sont onéreux. C’est pourquoi les actionneurs représentent souvent une part importante du prix d’un robot. Des composants moins chers peuvent permettre aux robots de conquérir de nouveaux marchés, mais ils risquent de s’user plus rapidement.
Le contrôle est tout aussi important que le matériel. Les capteurs transmettent des données à une boucle de contrôle qui ajuste l’actionneur plusieurs fois par seconde. Notre guide sur la fusion des capteurs montre comment les robots combinent plusieurs signaux pour obtenir une image fiable. Un meilleur retour d’information permet même aux actionneurs modestes de se déplacer en douceur.
Choisir le bon actionneur pour un robot
Commencez par définir la tâche à accomplir. Par exemple, un robot de préparation de commandes en entrepôt a besoin de vitesse et de répétabilité. Les robots de sauvetage, en revanche, ont besoin de puissance et de robustesse. Les dispositifs médicaux exigent des mouvements doux et précis, car la moindre erreur peut nuire à un patient.
Ensuite, évaluez les contraintes pratiques. Vérifiez la source d’alimentation, le budget poids et l’environnement de travail. La poussière, l’eau et la chaleur peuvent toutes réduire la durée de vie d’un actionneur. De plus, prévoyez la maintenance dès le départ.
En résumé, l’actionneur robotique est le point de rencontre entre l’intelligence et le monde physique. Les conceptions électriques, hydrauliques et pneumatiques ont chacune leur place. Le meilleur choix est celui qui offre un équilibre entre couple, vitesse, précision et coût pour la tâche à accomplir. Pour en savoir plus sur ce domaine, suivez l’actualité sur IEEE Spectrum.