Microrobot à structure parallèle, localisé dans un grand espace de travail – micro-SPIDER

Les développements récents en microrobotique se sont concentrés sur l’augmentation de la précision et de la dextérité des micromanipulateurs. Néanmoins, ces robots restent très volumineux par rapport à la taille des objets manipulés ce qui induit un rapport masse transportée/masse en mouvement très défavorable. La masse de ces robots ne leur permet pas non plus d’atteindre des cadences industrielles ni des dynamiques élevées. Un enjeu majeur concerne donc la réduction de la masse en mouvement des micromanipulateurs. Par ailleurs, leur espace de travail est souvent réduit car d’une part, les performances de précision requises conduisent souvent à une limitation des courses des actionneurs et d’autre part, les résolutions de mesure requises sont généralement obtenues par des capteurs à faible étendue de mesure.
L’objectif du projet micro-SPIDER vise à lever ce verrou en développant une nouvelle génération de micromanipulateur alliant une grande dextérité (6 degrés de libertés), de très faibles masses en mouvement et une précision micrométrique sur de très grandes courses. Dans ce but, nous proposons d’associer les savoir-faire du laboratoire ROBERVAL dans les domaines de l’actionnement et de la mesure sans contact avec ceux de l’institut FEMTO-ST en microrobotique parallèle. Cette nouvelle génération de micromanipulateur sera fondée sur l’utilisation d’une structure parallèle dont les pieds seront montés sur des palettes mobiles. Ces palettes font partie d’une smart surface électromagnétique et se déplacent selon deux (XY) ou trois degrés (XY?) de liberté sur de très grandes courses. Étant donné que les mouvements des palettes sont limités au plan, ce principe d’actionnement est insuffisant pour réaliser des tâches de micromanipulation tridimensionnelles. Pour augmenter la dextérité et notamment obtenir des mouvements en rotation hors plan, nous proposons d’utiliser et combiner les mouvements de trois palettes pour actionner la structure parallèle. Une architecture parallèle déformable adaptée permettra en effet de générer les six degrés de liberté de l’espace à partir de mouvements de translation plans. Comme l’actionnement sera réalisé par la smart surface, la structure parallèle pourra être très légère. L’approche proposée ici est en rupture avec les approches actuelles qui utilisent des structures en mouvement plus massives. Enfin, les robots parallèles sont connus pour avoir des espaces de travail relativement restreints mais, associée à une smart surface à grande course, une structure parallèle pourrait atteindre un très grand volume opérationnel. Cette caractéristique de grande étendue nécessite le développement d’un système de mesure de la position de la structure parallèle quelle que soit sa position sur la smart surface. Les partenaires du projet micro-SPIDER proposent deux approches de mesure ayant en commun la capacité à réaliser une mesure à haute résolution sur une grande étendue planaire : un réseau de capteurs à effets Hall intégrés à la smart surface, tirant profit de la propriété magnétique des palettes et un système de localisation et de suivi optique sans contact impactant peu les palettes mobiles et la structure parallèle. Ces deux moyens de mesure seront comparés sur le plan de leurs performances respectives et les mesures issues de ces deux dispositifs pourront également être fusionnées de façon à améliorer les performances globales du micromanipulateur et de rationaliser le déploiement de ces capteurs.
La méthodologie de conception et développement adoptée dans le projet micro-SPIDER est également originale car elle associe une approche systémique permettant d’optimiser la conception et les performances globales du micromanipulateur développé ainsi qu’une approche disciplinaire (structure, actionnement et mesure) permettant de maîtriser chaque sous-système de façon détaillée.