Configurations des manipulateurs aériens

Il existe différentes dimensions de bras manipulateurs utilisés pour les manipulateurs aé-riens. Nous pouvons trouver le système d’un bras avec 1-DDL [217] inspiré d’un pygargue à tête blanche, plongeant et arrachant un poisson de l’eau pour la saisie à grande vitesse et du transport de charges utiles, développé au laboratoire GRASP de l’université de Pennsylvania. Pour des tâches de préhension (2.4b), des bras manipulateurs à 2-DLL sont utilisés pour la saisie et le transport des charges. C’est le cas pour le système développé par les auteurs dans [92] Figure (2.4c).

Des bras manipulateurs hyper redondants à 9-DDL [42] sont aussi utilisés pour la ma-nipulations aérienne. Cet usage est argumenté par le fait que les bras traditionnels ne peuvent pas accéder à l’objet et à l’endroit désiré tout en maintenant le multirotor dans une position définie. Le nombre d’articulations actives peut augmenter l’espace de travail du système sans chercher à modifier la configuration du multirotor (2.4a).

Un autre robot a été réalisé dans le même laboratoire, utilisant un aimant comme outil de préhension monté sur un multirotor [132]. Les auteurs ont utilisé un quadrotor de type Hummingbird vendu par Ascending Technologies GmbH, ce quadrotor a une longueur de 55 cm, une hauteur de 8 cm, et pèse environ 500 g batterie compris Figure (2.5a). Les chercheurs dans [189] ont utilisé un UAV pour la manipulation bilatérale d’objet sur une trajectoire prédéfinie. Un chariot est fixé sur la face latérale du l’engin volant comme étant un organe terminal. Cette conception est simple et robuste, elle ne nécessite aucun acces-soire spécial sur l’objet et ne nécessite pas d’estimation précise de l’état Figures (2.5b),

2.2. Laboratoires et groupes de recherche 17

(a)

(b)

(c)

Figure 2.4 – Différentes dimensions du manipulateur attaché de 1-DDL à 9-DDL.

(2.5c). Dans l’article [233], les auteurs présentent une nouvelle conception mécanique du

(a) (b) (c)

Figure 2.5 – Outils de préhension et de manipulation non-actionnées. La figure (2.5a) montre une préhension avec aimant conçu au laboratoire GRASP de l’université de Pennsylvanie. Dans les figures (2.5b), (2.5c) un

outil de manipulation fixé à la latérale d’un quadrotor.

système tentaculaire pour la manipulation mobile de petits MAV. Le manipulateur est conçu avec une imprimante 3D et est entraîné par câble à l’aide de deux servo-moteurs pour un poids qui ne dépasse pas 100 g et une longueur maximale de 9.5 cm. Figure (2.6a). Le laboratoire PRISMA [15] a conçu un manipulateur super léger qui peut se plier sur lui-même pour des missions de décollage vertical et qui maintient le centre de gravité dans des zones d’équilibre (bras de 5-DDL), Figure (2.6b).

(a) Système tentaculaire pour la manipulation mobile de

pe-tits MAV.

(b) Prisma Ultra-Lightweight 5 ARM (PUL5AR).

Figure 2.6 – Manipulateurs légers.

Nous trouvons également des multirotors équipés de double manipulateur pour effectuer des tâches précises. Dans [157], un système est conçu pour le tournage des valves à l’aide d’un véhicule aérien doté de deux manipulateurs à plusieurs degrés de liberté. Ce système est utile pour les tâches nécessitant un couplage entre l’engin volant et l’environnement Figure (2.7a). Dans [196], l’auteur a conçu un multirotor à double bras manipulateurs identiques de faible poids (1.3 kg) et à taille humaine avec des articulations conformes conçues pour la manipulation aérienne avec une plate-forme multirotor. Chaque bras offre quatre degrés de liberté (DDL) pour le positionnement de l’effecteur terminal dans une configuration cinématique proche du bras humain : pas d’épaule, roulis et lacet, ni de coude. La structure du cadre en aluminium des bras a été conçue avec un double ob-jectif : protéger les servo-actionneurs contre les chocs directs et les surcharges ainsi que permettre l’intégration d’un mécanisme de transmission conforme, avec mesure de la dé-viation entre l’arbre, le servo et la liaison de sortie Figure (2.7b). Autre architecture dans [16] à double bras avec plusieurs articulations attachées a un multirotor qui sert de plate-forme et base pour l’atterrissage de l’engin. En prédisant les sites où il y a des inclinaisons par rapport à l’horizontale Figure (2.7c).

(a) Manipulateur pour ou-vrir et fermer une valve.

(b) Deux manipulateurs identiques pour le transport

des objets.

(c) Position des bras pour assurer une base horizontale.

2.2. Laboratoires et groupes de recherche 19 Dans [192], un système appelé LRM utilise un double bras manipulateur à taille hu-maine. La pointe d’un lien flexible est installée à la base de la plate-forme aérienne. La déviation de la liaison flexible est exploitée pour la détection de collision et la localisa-tion d’obstacles, permettant également le contrôle de la force de contact exercée par les bras sur l’environnement Figure (2.8b). L’exemple détaillé dans [65] montre une autre approche de l’interaction des multirotors avec l’environnement. Un outil rigide est placé à l’extrémité du Quadrotor pour des tâches d’interaction avec l’environnement, par exemple pour exercer une force sur une surface verticale Figure (2.8a). Dans la figure (2.8c), un manipulateur aérien à 6-DDL développé dans le projet ARCAS monté sur un quadrotor où la batterie du système joue le rôle d’un contrepoids pour stabiliser l’ensemble.

(a) Multirotor avec un outil ri-gide pour l’interaction physique

avec l’environnement.

(b) Double manipulateur à taille humaine.

(c) Multirotor avec un bras manipulateur à 6-DDL du

projet ARCAS.

Figure 2.8 – Manipulateur aérien pour l’interaction avec l’environnement.

La classification des manipulateurs aériens peut se faire par plusieurs méthodes et divers critères, le plus important pour l’ensemble de la communauté de la robotique est de les classer selon l’architecture du manipulateur attaché et le type d’engin volant, ce qui est presenté dans la majorité des articles publiés.

Pour les bras manipulateurs, deux classifications sont possibles, un multirotor avec un bras manipulateur industriel attaché à un hélicoptère comme le système conçu dans le projet ARCAS, et par le laboratoire DLR en Allemagne Figure (2.9b), où un bras ma-nipulateur est conçu directement pour le multirotor. Dans ce dernier cas, nous trouvons plusieurs architectures dans la littérature. Le laboratoire CNRS a conçu un bras mani-pulateur très léger (268 g) à 2-DDL attaché à un Quadrotor Figure (2.9c). La structure du bras est basée sur des barres en fibre de carbone et des pièces en plastique imprimées [221]. Nous trouvons également des bras manipulateurs hyper légers, de 2 à 4-DDL, pour des tâches miniatures comme le système développé au laboratoire IRI1 à Barcelone, un bras manipulateur hyper léger (environ 100 g) illustré dans Figure (2.9a).

(a) Bras léger et puissant de IRI.

(b) Hélicoptère avec un bras manipulateur industriel

DLR Germany.

(c) Manipulateur léger monté sur un quadrotor

CNRS.

Figure 2.9 – Robots manipulateurs classés par taille et poids