HAL Id: hal-01938480
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Submitted on 28 Nov 2018
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Un robot bio-inspiré pour l’inspection de la canalisation
Swaminath Venkateswaran, Damien Chablat, Frédéric Boyer
To cite this version:
Swaminath Venkateswaran, Damien Chablat, Frédéric Boyer. Un robot bio-inspiré pour l’inspection de la canalisation. ReV Réunion- LS2N, Sep 2018, Nantes, France. �10.13140/RG.2.2.18251.85286�. �hal-01938480�
Un robot bio-inspiré pour l’inspection de la canalisation
Swaminath Venkateswaran
1, Damien Chablat
2, Frédéric Boyer
31
Centrale Nantes, LS2N, UMR CNRS 6004, Nantes, France
2CNRS, LS2N, UMR CNRS 6004, Nantes, France
3
IMT Atlantique, LS2N, UMR CNRS 6004, Nantes, France
1.I
NTRODUCTION
Les robots d’inspection de la canalsation jouent un rôle important dans des industries telles que le nucléaire, la chimie et les eaux usées. Dans ce contexte, un robot bio-inspiré qui imite la locomotion d’une chenille a été présenté. Des analyses statiques et dynamiques ont été effectuées sur le robot afin de comprendre sa stabilité lors du clampage et de la locomotion. Un prototype du robot a été réalisé au LS2N, France, et des expériences ont été menées pour comprendre les forces induits sur le moteur en locomotion.
2.L
A LOCOMOTION DU ROBOT
Le robot ressemble à la locomotion d’une chenille. En raison de la présence de particules de poussière à l’intérieur des conduites, des actionneurs électriques sont utilisés dans le robot pour accomplir cette locomotion. La locomotion de la chenille est réalisée en 6 étapes par ce robot et elle est illustrée dans Figure 1.
Figure 1: Les 6 étapes de la locomotion
3.A
NALYSE STATIQUE
Pendant le clampage, le robot ressemble à une poutre en porte-à-faux. Le modèle de torseur est illustré à la Figure 2. -20 -10 0 10 20 x -20 -10 0 10 20 y N 1 T r1 N 3 T r3 N 2 T r2 P 1 P 3 P e P 2 r -20 -10 0 10 20 z -5 0 5 10 15 20 y l P e T l2 T l1 T l3 P 3 P 1 P 2
Figure 2: Schéma des forces de contact lors du clampage en x-y (gauche) et y-z (droite) axes
La loi de Coulomb (lois du frottement «sec») est utilisée pour estimer les forces normales à l’aide desquelles les efforts de l’actionneur sont estimées [1]. Ni ≥ pT 2 ri + Tli2 ϕ Fa = ηf Ntotal
Les résultats des efforts de l’actionneur à
l’intérieur d’une canalisation verticale et
horizontale sont illustrés à la Figure 3.
0 /3 2 /3 4 /3 5 /3 2 20 40 60 80 100 120 140 160 63 N 63 N 63 N 113 N 113 N 129 N 19 N 46 N 73 N 113 N 19 N 46 N 73 N 129 N 19 N 46 N 73 N
Figure 3: Les efforts de l’actionneur dans l’orientation horizontale et verticale des canalisations
4.A
NALYSE DYNAMIQUE
L’algorithme de Newton-Euler proposé par Khalil est utilisé pour estimer les efforts de l’actionneur sous la locomotion. La loi polynomiale de degré cinq est utilisée pour le calcul du mouvement. La longueur de trajectoire considérée pour la simulation est de 2,5 m avec une vitesse maximale
de 0,43 mm/s. Deux modèles en modes
dynamiques sont considérés pour la simulation [2]. Les résultats de la simulation pour le modèle B sont illustrés aux Figures 5 et 6.
Figure 4: Les deux modèles de robot en phase dynamique 0 2000 4000 -6 -4 -2 0 2 4 6 Moteur M1 (avant) 0 2000 4000 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Moteur M2 (centre) 0 2000 4000 -6 -4 -2 0 2 4 6 Moteur M3 (arrière)
Figure 5: Les efforts dynamiques pour l’orientation horizontale 0 2000 4000 -6 -4 -2 0 2 4 6 Moteur M1 (avant) 0 2000 4000 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 Moteur M2 (centre) 0 2000 4000 -4 -2 0 2 4 6 Moteur M3 (arrière)
Figure 6: Les efforts dynamiques pour l’orientation verticale
5.E
XPÉRIMENTATION
Le prototype du robot fabriqué au LS2N est illustré à la Figure 7.
Figure 7: Le prototype du robot
Un moteur EC offert par Maxon est utilisé dans le robot. Un maxon entraînement vis-ecrous avec une réduction de 1: 455 est couplé au moteur. Les actionneurs sont commandés par un contrôleur ESCON 36/3 fourni par Maxon. En calibrant le moteur à travers la vitesse maximale, le courant
nominal et la tension, le couple de sortie est estimé pour le moteur suivi par le calcul des efforts de l’actionneur. Les résultats sont illustrés à la Figure 8. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Temps (s) -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000
Forces de sortie des vis-ecrous (N)
M1-Moteur avant M2-Moteur au centre M3-Moteur arrière
Figure 8: Les efforts de sortie des vis-ecrous
6.C
ONCLUSION
Un robot d’inspection de la canalisation a été étudié. Il est important de comprendre les différents modèles de force sur le robot dans les conditions de travail. L’un des principaux défis de cette thèse consistera à faire fonctionner le robot dans les courbes et les coudes. Un processus d’optimisation sera étudié pour augmenter la vitesse du robot.
7.R
ÉFÉRENCES
[1] Damien Chablat, Swaminath Venkateswaran, and Frédéric Boyer. Mechanical design optimization of a piping inspection robot. In 28th CIRP Design conference, 2018.
[2] Damien Chablat, Swaminath Venkateswaran, and Frédéric Boyer. Dynamic model of a bio-inspired robot for piping inspection. In ROMANSY 22–Robot Design, Dynamics and Control, pages 42–51. Springer, 2019.
