Des robots «en kit» de très haute précision
La maquette à l'échelle 2:1 de "Legolas 5" démontre l'étendue de ses capacités. © Alain Herzog / EPFL
Une doctorante du Laboratoire de systèmes robotiques de l’EPFL a mis au point un concept de robots industriels modulaires, basés sur la technologie des robots parallèles, dont la finesse s’exprime en nanomètres.
Legolas. Agile et précis comme l’elfe du Seigneur des anneaux, modulable comme les briques Lego. Cette étonnante association, Murielle Richard l’a réalisée dans le cadre de sa thèse au Laboratoire de systèmes robotiques (LSRO) de l’EPFL. Son objectif était de concevoir un robot industriel capable d’un nombre variable de «degrés de liberté», en fonction des besoins de ses utilisateurs. «En général, le temps de développement d’un robot de haute précision est long et coûteux, de l’ordre de deux à trois ans. Pour l’industrie, comme par exemple l’horlogerie, c’est trop», explique la chercheuse.
Pour raccourcir cette durée, Murielle Richard a imaginé un système modulaire, doté d’un nombre très limité de «briques», actives ou passives, dont les combinaisons permettent de façonner un nombre important de robots aux caractéristiques différentes. «Ma démarche a consisté à réduire un problème complexe en trois dimensions à une combinaison de problèmes en deux dimensions», résume-t-elle. Concrètement, des «plaques» dotées de moteurs qui leur confèrent d’un à trois degrés de liberté sont montées sur un cube de 10 cm de côté. Selon leur type et leur disposition, elles peuvent conférer jusqu’à 6 degrés de liberté (trois de déplacement et trois de rotation) à un point situé à l’un des angles du cube, et sur lequel un outil peut être monté. Son concept a été décrit dernièrement dans la revue Mechanical Sciences.
L'héritage du «robot Delta»
La base technologique sur laquelle s’appuie Murielle Richard est une spécialité de l’EPFL. L’assemblage de ces différentes «plaques» résulte dans un robot de type «parallèle», un principe exploité par le directeur du LSRO, Reymond Clavel, pour l’invention du célèbre «robot Delta», utilisé notamment dans l’industrie d’emballage. Le fait que plusieurs bras relient la «sortie» du robot (c'est-à-dire la partie mobile à laquelle peut se rattacher un outil) à sa partie fixe confère à ce type d’appareils une précision plus grande – comme lorsqu’on utilise nos deux bras au lieu d’un seul pour déplacer un objet. En outre, ces structures permettent de très hautes accélérations.
Pour cette nouvelle application, Murielle Richard utilise les propriétés mécaniques des structures parallèles flexibles. Chacune des «plaques» de son robot se compose d’éléments parallèles reliés entre eux par de très fines bandes de métal. Ces plaques sont d’un seul tenant, taillées dans un bloc de métal au moyen d’une électro-érosion à haute précision. Elles sont ainsi capables de générer dans chaque direction des mouvements qui peuvent être combinés et contrôlés avec une précision extrême.
L’industrie ne manquera donc pas de manifester son intérêt: une précision de l’ordre de 5 nanomètres (millionièmes de millimètres) sur un engin modulable et adaptable rapidement à des besoins spécifiques constitue un record aux perspectives économiques alléchantes pour les branches ayant besoin de beaucoup de précision, comme par exemple la haute horlogerie, l’optique ou la microtechnique.