Section 7 OCOM C440.05 – DÉCRIRE LA ROBOTIQUE

On définit le robot comme une machine qui ressemble à un humain et fonctionne comme lui. On définit aussi le robot comme une machine capable d’exécuter automatiquement une série complexe de tâches. Certains organismes donnent une définition particulière au robot, comme dans le cas du site Web ROVer Ranch de la NASA où l’on trouve :

Le site Web ROVer Ranch de la NASA est un endroit où on peut se renseigner au sujet de l’ingénierie de la robotique et l’adresse est http://prime.jsc.nasa.gov/ROV/.

Les systèmes autonomes sont la représentation physique de l’intelligence machine. Cela signifie qu’un système autonome combine de l’intelligence artificielle (IA) et les capacités de manipulation de systèmes télécommandés.

Les premiers robots, comme le chevalier robot à armure créé par Léonard de Vinci en 1495 n'avaient pas les capacités de penser. Pour représenter la technologie de 1495, le robot de Léonard de Vinci se composait de deux systèmes indépendants :

Voici des exemples de degrés de liberté (DDL) : • inclinaison vers l’avant et l’arrière (tangage) ; • virage à gauche et à droite (lacet) ; • inclinaison de côté (roulis) ; • déplacement vers le haut et vers le bas (pillonnement) ; • déplacement vers la gauche et vers la droite (balancement) ; et • déplacement vers l’avant et l’arrière (ondulation).

Présenter aux cadets le transparent des figures A-1 et A-2 de l’annexe A.

L’orientation des bras du robot de Léonard de Vinci indique qu’il a été conçu pour agripper avec les bras entiers, ce qui signifie que toutes les articulations se déplaçaient à l'unisson. Une commande mécanique analogique programmable qui se trouvait dans la poitrine alimentait les bras et en assurait le contrôle.

Remarque. Tiré de « Z-Kat the Digital Surgery Company », de R. Abovitz, 2001, Leonardo's Robot, Droit d’auteur 2008 par R. Abovitz. Extrait le 18 novembre 2008 du site http://www.z-kat.com/company/adv_research/leonardo.shtml

Figure 1  Commande mécanique analogique programmable de Léonard de Vinci

Les jambes étaient commandées par une disposition à manivelle externe qui entraînait le câble qui était raccordé à des endroits précis dans les chevilles, les genoux et les hanches. Ce chevalier robot à armure avait été conçu pour s’asseoir, bouger les bras et se déplacer la tête grâce à un cou flexible tout en ouvrant et en fermant sa bouche dont la mâchoire était correcte du point de vue anatomique. Il faisait peut-être même des bruits pour accompagner des tambours automatisés. À l’extérieur, le robot est vêtu d’une armure allemande-italienne typique qui date de la fin du quinzième siècle.

Les robots modernes, comme Canadarm et Canadarm2 rassemblent les deux modes de télécommande et d’autonomie.

Canadarm : Télémanipulateur de la navette spatiale (SRMS)

L’ordinateur à usage général de la navette spatiale (GPC) commande les mouvements du SRMS. Les astronautes utilisent une télécommande, qui indique à l’ordinateur ce que l’astronaute aimerait que le bras fasse. Des logiciels intégrés étudient par la suite les commandes de l’astronaute et déterminent l’articulation à déplacer, la direction dans laquelle la déplacer, la vitesse à laquelle la déplacer et l’angle selon lequel la déplacer.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-3 qui se trouve à l’annexe A.

La figure A-3 est un dessin à l’échelle du Canadarm.

Tandis que l’ordinateur transmet des commandes à chacune des articulations, il surveille chaque articulation toutes les 80 millisecondes. Tout mouvement de la main de l’astronaute est réexaminé et recalculé par le GPC et des commandes mises à jour sont par la suite transmises à chacune des articulations.

S’il se produisait une panne, le GPC freinerait automatiquement toutes les articulations et avertirait l’astronaute qu’il s’est produit une panne. Le système de commande fournit également un affichage continu du rythme et de la vitesse des articulations, qui sont affichées sur des moniteurs qui se trouvent dans le poste de pilotage de la navette. Comme pour tout système de commande, il est possible de surpasser le GPC et l’astronaute peut faire fonctionner les articulations individuellement depuis le poste de pilotage.

Les robots sont surtout souhaitables pour certaines tâches de travail, parce que contrairement aux humains, ils :

Les premiers robots industriels qui ont manipulé des matériaux radioactifs dans des laboratoires atomiques s’appelaient des manipulateurs maîtres-esclaves. Ils étaient raccordés grâce à des tringleries mécaniques et des câbles d’acier. On peut maintenant actionner les manipulateurs du type bras télécommandé grâce à des boutons-poussoirs, des sélecteurs ou des manettes.

Les robots ont parfois des systèmes sensoriels sophistiqués qui traitent l'information et semblent fonctionner comme s'ils avaient un cerveau. Le « cerveau » est en fait une forme d’IA informatisée qui permet au robot de percevoir des conditions et de décider du plan d'action en fonction de ces conditions.

Les robots peuvent comprendre les composantes suivantes :

Les caractéristiques qui différencient les robots autonomes de la machinerie régulière sont le fait qu’ils fonctionnent généralement par eux-mêmes, qu’ils sont sensibles à leur environnement, qu’ils s’adaptent aux changements de l’environnement ou aux erreurs de performance antérieure, qu'ils sont concentrés sur la tâche et qu'ils ont souvent la capacité d'utiliser différentes méthodes pour effectuer une tâche.

Les robots industriels typiques effectuent des tâches qui sont difficiles, dangereuses ou ennuyantes. Ils soulèvent des objets lourds, peignent, manipulent des produits chimiques et effectuent du travail de montage. Ils font le même travail, heure après heure, jour après jour, avec précision. Ils ne se fatiguent pas et ne font pas d’erreurs associées à la fatigue; ils sont généralement idéals pour effectuer des tâches répétitives.

Les principales catégories de robots industriels, différencié par structure mécanique, sont les suivantes :

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Robot cartésien-portique. On se sert de ce robot pour le travail de ramassage et de positionnement, pour l’application de produit d’étanchéité, pour les activités d’assemblage, pour la manutention d’outils d’usinage et pour le soudage à l’arc électrique. Il s'agit d’un robot dont les articulations des bras et des jambes coïncident avec les coordonnées cartésiennes sur les axes des X, des Y et des Z.

Montrer aux cadets le transparent des figures B-1 et B-2 qui se trouvent à l'annexe B.

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Robot cylindrique. On se sert de ce robot pour activités d’assemblage, pour la manutention d’outils d’usinage, pour le soudage par points et la manutention des machines de coulage sous pression. Il s’agit d’un robot dont les axes forment un système de coordonnées cylindriques.

Montrer aux cadets le transparent de la figure B-3 qui se trouve à l'annexe B.

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Robot polaire (sphérique). On se sert de ce robot pour la manutention d’outils d’usinage, le soudage par points, le coulage sous pression, les machines à ébarber, le soudage au gaz et le soudage à l’arc. Il s’agit d’un robot dont les axes forment un système de coordonnées polaires.

Montrer aux cadets le transparent de la figure B-4 qui se trouve à l'annexe B.

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Robot SCARA. On se sert de ce robot pour le travail de ramassage et de positionnement, pour l’application de produit d’étanchéité, pour les activités d’assemblage, pour la manutention d’outils d’usinage. Il s’agit d’un robot qui dispose de deux articulations rotatives parallèles afin d’offrir conformité dans un plan.

Montrer aux cadets le transparent de la figure B-5 qui se trouve à l'annexe B.

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Robot articulé. On se sert de ce robot pour les activités d’assemblage, les machines à ébarber, le soudage au gaz, le soudage à l’arc et la peinture par vaporisation. Il s’agit d’un robot dont les bras disposent d’au moins trois articulations rotatives.

Montrer aux cadets le transparent de la figure B-6 qui se trouve à l'annexe B.

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Robot parallèle. Comme exemple, on peut penser à une plateforme mobile pour la manutention des simulateurs de vol avec poste de pilotage. Il s’agit d’un robot dont les bras disposent d’articulations prismatiques ou rotatives connexes.

Montrer aux cadets le transparent des figures B-7 et B-8 qui se trouvent à l'annexe B.

Le terme commande numérique par ordinateur se rapporte à une commande qui fait la lecture des codes informatiques et opère une machine-outil; un dispositif mécanique motorisé normalement utilisé pour fabriquer des composantes au moyen de l’enlèvement sélectif de matériaux d’un bloc de plus grande taille. Il est possible de changer les paramètres d’exploitation de la commande numérique par ordinateur en modifiant les logiciels, ce qui fait des machines de commande numérique par ordinateur, un type de robot.

Les méthodes les plus communes de coupage qu’effectuent les robots sont la découpe au plasma et le coupage oxygaz.

La découpe au plasma est un processus qui se sert d’un jet à très grande vitesse de gaz ionisés qui provient d’un orifice à étranglement. La découpe au plasma se produit lorsqu’un jet de gaz (plasma) à grande vitesse est forcé au moyen d’une torche étroite. On peut effectuer la découpe au plasma sur tout type de métal conducteur, comme l’acier doux, l’aluminium et l’acier inoxydable.

Le coupage oxygaz est un procédé qui coupe en brûlant, ou comburant, le métal que l’on coupe. Il se limite donc à l’acier et à d’autres métaux ferreux qui tolèrent le processus comburant.

Les robots d’assemblage possèdent des capacités de production plus poussées dans le monde de la fabrication, ce qui rend le processus d’assemblage, plus rapide, plus efficace et plus précis qu’auparavant. Les robots ont épargné aux travailleurs, des tâches pénibles et ennuyeuses de chaîne d’assemblage et ont fait augmenter la production et les économies par le fait même. Parmi le robot d'assemblage, on trouve le bras-robot à flexibilité sélective (robot SCARA).

Montrer aux cadets le transparent de la figure B-5 qui se trouve à l'annexe B.

Les caractéristiques de travail des robots leur donnent quelques avantages lorsqu’il s’agit de l’assemblage industriel, notamment :

Soudage.

Il existe deux types populaires de robots industriels de soudage : le robot articulé et le robot cartésien.

Exploration sous-marine

Montrer aux cadets le transparent de la figure C-1 qui se trouve à l'annexe C.

Le planeur marin est un véhicule sous-marin autonome (AUV) qui mesure la température, la salinité, le courant moyen par rapport à la profondeur et d’autres quantités dans l’océan. Le planeur marin se sert de télémétrie de données satellite pour recevoir des commandes et envoyer les mesures qu’il prend en temps presque réel. L’AUV planeur marin recueille des propriétés physiques de l’océan pour toute une gamme de profondeurs et de régions pour les océanographes et les planificateurs militaires.

Deep Space 1 (DS1)

Lancé en octobre 1998, Deep Space 1 (DS1) a été la première mission du nouveau programme du millénaire de la NASA, conçu pour valider de nouvelles technologies importantes pour les prochains programmes spatiaux et de sciences de la Terre. Parmi les données utiles des technologies de pointe qui ont été testées à bord de DS1, on compte un système de propulsion colloïdale solaire, des réseaux de concentration solaire, un système de navigation optique autonome et un système d’intelligence artificielle (IA) autonome que l’on appelle « Remote Agent » (agent à distance).

Montrer aux cadets le transparent de la figure C-2 qui se trouve à l'annexe C.

La figure C-2 montre la trajectoire de DS1. La partie pointillée de la trajectoire montre les endroits où DS1 fonctionnait en vol non propulsé (vol balistique) et la partie continue indique les endroits où la poussée du système de propulsion colloïdale était en marche et faisait accélérer l’engin spatial.

Le système de navigation optique autonome qui se trouve à bord de DS1 se servait d’images d’astéroïdes et d’étoiles recueillies par le système de caméra, tandis que le système de navigation calculait et corrigeait la trajectoire de l’engin spatial.

Le système autonome se composait d’un « agent » à IA qui planifiait, prenait les décisions et fonctionnait seul.

La technologie robotique axée sur l’espace fait partie des trois larges secteurs de mission suivants :

Parmi les dispositifs robotiques importants dans l’espace, notons :

Un ROV peut être un engin spatial inhabité qui reste en vol, un module de descente qui se pose sur un corps comme une lune, un astéroïde ou une planète et qui fonctionne à partir d’une position stationnaire ou un ROV peut se déplacer sur le terrain après s’être déposé. Un des ROV les mieux connus est le robot Sojourner qui a été déployé par l’engin spatial Mars Pathfinder.

Montrer aux cadets le transparent de la figure C-3 qui se trouve à l'annexe C.

Les robots peuvent résoudre de façon sécuritaire des scénarios à risque élevé, y compris la neutralisation de bombes, les situations d’otage, la recherche et le sauvetage ainsi que d’autres incidents dangereux. Les robots peuvent détecter des vapeurs et des particules explosives qui proviennent de munitions et de dispositifs explosifs improvisés (IED) tout en tenant l’opérateur et les civiles à l’écart des dangers. Ils peuvent conduire et passer à travers les fenêtres, sous les véhicules et autour d'objets obstacles pour disposer des détecteurs d'explosifs ultra sensibles près de paquets douteux et d'autres articles potentiellement dangereux.

Les robots peuvent transporter des charges utiles lourdes, se déplacer sur du terrain accidenté et monter des escaliers tout en conservant leur entière mobilité. Lorsqu’ils sont dotés du bon équipement, ils peuvent prendre en charge diverses missions critiques, dont les suivantes :

Détection de tireurs fous

Montrer aux cadets le transparent de la figure C-4 qui se trouve à l'annexe C.

En offrant une surveillance supérieure de la situation, un robot peut appuyer un déplacement plus sécuritaire des troupes au sol. Il peut trouver le point de tir ennemi sans exposer les troupes au sol, ce qui leur permet de se déplacer en plus grande sécurité.