La conception de plateformes robotiques modulaires est un numéro d'équilibriste. Un seul et même actionneur doit pouvoir fonctionner dans de multiples configurations, y compris celles des bras, jambes et bases mobiles robotisés. Toutefois, chacune de ces configurations présente des exigences différentes en termes de couple, de vitesse et d'environnement, ce qui aboutit souvent à des compromis qui limitent la performance au niveau du système articulé.
HEBI Robotics s'est donné pour mission de rendre les robots plus accessibles en simplifiant leur conception et leur assemblage à partir de composants standardisés. Depuis plus d'une décennie, leur approche modulaire est utilisée pour diverses applications complexes, notamment les robots serpents, les marcheurs hexapodes, les bras robotisés et les bases mobiles pour l'inspection des pipelines, les essais non destructifs (NDT) et la maintenance, entre autres domaines.
Tandis qu'HEBI se développe davantage dans les environnements industriels, un nouveau projet de client est venu lui donner une nouvelle opportunité de développer sa gamme d'actionneurs afin de mieux répondre aux besoins liés aux espaces de travail complexes ou dangereux sans le moindre compromis en termes de performance.
Défi
Le projet du client d'HEBI nécessitait un système robotique capable d'évoluer dans des espaces complexes et confinés et de positionner des sondes d'inspection et d'autres outils lourds avec une précision et une reproductibilité extrêmes. L'environnement était très variable, ressemblant aux conditions industrielles réelles que l'on trouve dans les secteurs du pétrole et du gaz, des infrastructures et d'autres environnements difficiles.
Au lieu de s'appuyer sur la gamme établie d'actionneurs élastiques à rapport élevé qui utilisent des réducteurs à engrenages à pignon droit, le projet imposait des actionneurs à densité de couple élevée et un mouvement plus précis offrant de multiples niveaux de liberté, sans augmenter la taille ni sacrifier la souplesse architecturale.
Cela les a obligés à repenser la manière dont le moteur lui-même était intégré à l'actionneur.
« Avec sa taille compacte et son couple élevé, le TBM2G nous permet de développer des articulations robotiques de prochaine génération plus fluides, plus rapides et plus précises. Nous adorons ce moteur. »
— Dave Rollinson, directeur de la technologie, HEBI Robotics
Solution
Pour parvenir à cette évolution requise en termes de performance, HEBI s'est concentré sur l'intégration du moteur directement dans la conception de l'actionneur compact. Cette approche a abouti à la sélection des moteurs sans boîtier TBM™2G de Kollmorgen comme base pour la nouvelle gamme H-Series Actuator®.
L'architecture du moteur sans boîtier a permis à HEBI d'optimiser la densité de couple, la performance thermique et la modularité au niveau de l'articulation. En intégrant le stator et le rotor directement dans l'actionneur à densité de couple élevée, la gamme H-Series offre un mouvement plus fluide, plus rapide et plus dynamique, mais aussi plus précis, le tout sans augmenter la taille globale de l'actionneur.
Les équipes de Kollmorgen et HEBI ont collaboré tout au long des étapes de sélection et d'intégration du moteur pour optimiser la configuration du moteur pour l'application. Cette collaboration a permis de fluidifier le développement et de faire en sorte que la conception de l'actionneur compact corresponde à la fois aux objectifs de performance de la gamme H-Series et à ceux du projet du client.
Résultats
L'actionneur de la gamme H-Series a apporté les gains de performance et de précision requis pour le projet d'inspection dans des espaces confinés. Le système a réussi à positionner des outils lourds avec précision malgré des contraintes mécaniques strictes, dépassant les spécifications et les attentes en termes de mouvement dans des conditions de fonctionnement réel.
En associant le moteur sans châssis TBM2G à un réducteur harmonique, la H-Series a atteint un mouvement sans jeu et un couple jusqu'à 10 fois supérieur à celui de leur gamme d'actionneurs existante. Cette élévation de la densité de couple a permis à HEBI de développer les capacités de l'ensemble du système d'articulation sans augmenter la taille de l'actionneur. La conception compacte et étanche de l'actionneur, classé IP65, prend en charge les opérations dans les environnements difficiles et accidentés.
Au-delà de la performance brute, l'actionneur de la H-Series simplifie la fabrication et l'assemblage. Le passage de la conception d'un actionneur plus complexe à une approche simplifiée basée sur un moteur sans boîtier facilite la fabrication et ouvre la voie vers la production à grande échelle. Le rapport couple-taille élevé du moteur a également libéré de l'espace au sein de l'actionneur pour l'électronique intégrée, permettant d'obtenir des articulations plus intelligentes sans augmenter leur taille.
La réactivité de Kollmorgen et la collaboration entre ingénieurs ont joué un rôle clé tout au long du processus de sélection, de conception et d'intégration. L'assistance technique locale et la fabrication aux États-Unis ont aidé HEBI à franchir avec efficacité toutes les étapes, du développement au déploiement.
Dans l'ensemble, les résultats montrent que l'actionneur de la série H est un ajout puissant à la plateforme robotique modulaire révolutionnaire de HEBI, équipée d'un moteur sans châssis Kollmorgen. Cette combinaison met HEBI en première ligne pour façonner la prochaine étape de l'évolution de HEBI et de son influence sur notre secteur.
