Des véhicules de Braintenberg au robot Curiosity envoyé sur Mars, le robot rouleur a accompagné le développement de la robotique. Aujourd’hui, les robots à pattes deviennent de plus en plus présents et populaires. Est ce la fin des robots roulants ? Pas sûr…

Les robots roulants : avantages

Si la roue accompagne le développement de l’humanité depuis des millénaires, ce n’est pas sans raison. Sur un robot, utiliser la roue présente de nombreux avantages à savoir :

  • Facilité de la mise en œuvre des roues, un moteur par roue ou par essieu
  • Grande stabilité, pas de notion d’équilibre à gérer
  • Rapidité des déplacements
  • Peu de contraintes
  • Peu d’énergie dissipée

Ce type de robots est donc idéal pour débuter. Il sera utilisé lorsque le roboticien veut focaliser son énergie et son temps sur un autre aspect que le déplacement ou lorsque le projet de recherche porte sur autre chose que le déplacement – la reconnaissance de forme, la saisie d’un objet, l’interaction sociale.

Les robots roulants : variantes

Les robots roulants peuvent prendre de multiples formes. Leur mise en œuvre comporte une première interrogation. Quel est le nombre idéal de moteur nécessaire/utile à leur déplacement?

Il est possible d’utiliser un seul moteur pour faire se déplacer un robot. Cette méthode est utilisée, par exemple, avec le robot Mindstorms de Lego. Dans le cas de ce choix de moteur unique – étant entendu que ce robot peut fonctionner avec plusieurs moteurs -, le moteur relié aux roues permettra un déplacement ‘en avant tout droit’. Dans le cas d’un déplacement en arrière, le robot sera immanquablement amené à tourner. En effet, un blocage anti-retour au niveau d’une des roues dentées bloquera une encoche qui ne se débloquera que dans le sens d’un mouvement ‘avant’. Dès lors, en marche arrière, le robot tournera. Si ce mécanisme est rudimentaire, il permet néanmoins l’économie d’un moteur.

Si l’utilisation d’un seul moteur est techniquement réalisable, l’utilisation de deux moteurs est toutefois plus réaliste.

Deux types de réalisation principales existent dans le cas de la mise en place de deux moteurs :

  • Soit comme un char : chaque moteur actionne un côté. Dans le cas d’un mouvement ‘droit en avant’ ou ‘droit en arrière’, les deux moteurs s’actionnent avec une force équivalente dans le même sens. A contrario, dans le cas d’un tournant à effectuer à gauche, le côté droit sera mis en mode ‘stop’ ou ‘arrière’, et inversement dans le cas d’un mouvement à effectuer à droite. Cela présente aussi l’avantage de pouvoir tourner sur place.
  • Soit comme une voiture : un moteur actionne la propulsion (ou la traction) et un moteur est dédié à la direction.

 

Robot roulant Opportuny de la Nasa
Robot Opportunity, sur la planète Mars en 2004

Notons que dans le cas de parcours encombrés, il sera possible de remplacer les roues par des chenilles. Si ces dernières permettent une plus grande maniabilité dans le cas de déplacements en territoire accidenté, ce choix comporte également des inconvénients. Plus maniables sur ce type de parcours, les chenilles amèneront aussi des pertes par friction dans les virages. En effet, les chenilles dérapent pour tourner. Il devient dès lors impossible de faire un asservissement sur le comptage de roues.

 

Robot lego Mindstorm
Robot Mindstorms Ev3 en modèle à chenilles

Les robots roulants  : insolites

Si les mécanismes de base de déplacement des robots au sol s’appuient sur les principes que nous avons évoqués précédemment, il n’en demeure pas moins que la robotique est aussi/surtout affaire d’originalité. Des robots insolites, décalés, voire même amusants ont été conçus par des esprits inventifs se jouant des principes de base ou les prolongeant :).

Petit parcours non exhaustif.

Robot Avatar de Robotex

La particularité du robot Avatar de Robotex réside principalement dans le fait que celui-ci est équipé de chenilles supplémentaires aux extrémités mobiles. Cette technologie se retrouvera aussi sur d’autres types de robots.

Robot Avatar de Robotex
Robot Avatar de Robotex à chenilles

Ces extensions lui permettent notamment de monter les escaliers ou de se retourner dans le cas d’une chute sur le dos. Loin d’être coincé telle une tortue, le Robotex sera capable de se remettre d’aplomb et de poursuivre son évolution.

Vous pourrez le voir en action dans l’exercice de ces deux tâches dans cette version mise au point à destination des forces de l’ordre.

                                                    Démonstration du robot Avatar

NXT Segway

Si les extensions en mode chenille du Robotex amènent une innovation en matière d’adaptation du déplacement, d’autres robots innovent, quant à eux, dans la gestion même de leur déplacement en créant un mode de déplacement inédit.

Les robots gyropodes, par exemple, centrent leur mouvement sur un mode qui s’éloigne complètement du mécanisme de base.  Directement inspirés des fameux Segway, ces robots  fonctionnent sur une ou deux roues et gèrent leur équilibre au moyen d’un gyroscope.

Nombreux sont les modèles qui ont adopté ce type de capteur. Vous découvrirez ci-dessous une réalisation du Lego Mindstorms V2.

robot utilisant un gyroscope pour garder son équilibre
Un robot gyropode créé à partir du Mindstorms

Les sphères de Sphero

Loin d’un mode de déplacement à quatre, deux ou une roues, le Sphero a, quant à lui, développé un déplacement particulier qui, comme son nom l’indique, repose sur son volume spécifique : la sphère.

Lorsque vous voyez une boule glisser et tourner, vous ne pensez pas spécifiquement à un robot. De prime abord, vous considérerez que cette sphère a été lancée et poursuit simplement sa course. Pourtant, le Sphero est bien un robot, télécommandé par un smartphone.

                   Sphero 2.0

Ludiques, amusantes et colorées, ces sphères sont surprenantes. La dernière version du Sphero s’inspire quant à elle directement du robot BB-8 de Star-Wars. Qui aujourd’hui ne connait pas le BB-8 ?

 

BB-8 et son copain le poisson rouge
Le robot BB-8 de Star-Wars

Pour découvrir plus avant le mode de fonctionnement spécifique du Sphero BB-8 , vous trouverez une présentation détaillée dans cette vidéo.

Robot holonome

En matière d’originalité, les robots holonomes ne sont pas en reste. Ces robots peuvent, en effet, se déplacer librement dans toutes les directions sans avoir à tourner.

Le robot holonome est pour cela composé de 3 roues décentrées, orientables et placées en triangle équilatéral.

Exemple d'un robot holonome
Exemple d’un robot holonome

Chaque roue est motorisée. Lorsqu’une vitesse différente sera donnée à chacun des moteurs, il sera possible de gérer la manière dont le robot tournera sur lui-même, mais aussi sa direction et sa vitesse de déplacement. Le robot holonome paraît glisser sur le sol.

Démonstration d’un robot holonome

Les robots roulants  : performances

Mettre l’accent sur une performance plutôt qu’une autre n’est pas chose facile tant les exemples à valoriser sont nombreux et intéressants.

Nous aurions pu mettre en avant le RHex et sa facilité à affronter tous les types de terrain ou souligner la prouesse technologique de l’Opportunity qui évolue à une distance de la Terre jusqu’ici inégalée.

Nous avons fait le choix de souligner certaines performances, étant entendu que notre sélection n’est pas exhaustive.

Les robots roulants rapides

L’OutRunner est capable de courir à une vitesse dépassant les 30 km/h. Cette vitesse n’est pas exceptionnelle en soit, mais la manière qu’a ce robot de courir est pour le moins particulière et sympathique.

Course de l’OutRunner

Évidemment, les voitures autonomes sont beaucoup plus rapides. Elles perçoivent en temps réel leur environnement et prennent dans l’instant des décisions sur leur vitesse ou leur trajectoire.  Aujourd’hui, ces technologies sont maîtrisées. Les google cars ont ainsi déjà parcouru des centaines de milliers de kilomètres.

voiture autonome C4 picasso
Voiture autonome réalisant Paris-Bordeaux

Aujourd’hui, il existe même la moto autonome ! Enfin, pour être plus précis, une moto pilotée par un robot de façon autonome.

moto-robot-yamaha
Moto-robot de Yamaha

Les tout-terrain

Le choix est vaste et les exploitations multiples: les projets à des fins militaires, les explorations de canalisations et la recherche de personnes en milieux sinistrés (tremblement de terre, inondation, etc.). Les robots présentés ne sont pas uniques en leur genre, mais illustrent le champ des possibles.

Avatar de Robotex est précisément doté de chenilles, prévues pour des terrains difficiles, en particulier très meubles ou irréguliers. Les solutions à roues sont également envisageables, à condition que les roues soient larges et fortement crantées.

Les tout terrain ont principalement été étudiés à destination des véhicules militaires ou agricoles, du BTP, et même des civils. Les solutions sont parfaitement connues. Les exigences sont néanmoins plus pointues à l’égard des robots qui se déplacent dans un milieu hostile ou inaccessible pour l’homme (milieu radioactif, décombres, tuyaux de canalisation).

 

Si les robots marcheurs sont impressionnants et présentent des atouts intéressants, il n’en demeure pas moins que les robots roulants représentent eux aussi une valeur sûre quant au développement d’un robot. L’utilisation de la roue permet de résoudre de nombreux problèmes et son extrême simplicité d’utilisation lui garantit encore de beaux jours.

Si vous hésitez, pensez Transformers, vous aurez les 2 :).

Fondateur de VieArtificielle.com et Robopolis.com, ingénieur UTC : Je m’intéresse aux robots autonomes par le prisme des sciences cognitives (les différentes « intelligences » présentes dans le robot), l’apprentissage, les comportements émergents) .