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Parallel Leg Mechanism

lundi 25 avril 2011, par Julien H.

Nous avons expérimenté la marche bipède d’un robot avec notre premier humanoïde "Easy Bipède". On a pu constater la difficulté d’obtenir des déplacements rapides quand on a peu de degrés de liberté : le poids du robot et l’impossibilité de faire baisser le centre de gravité en dessous de la hanche rendait nécessaire une décomposition en plusieurs étapes statiques.

Il est donc tentant de mettre beaucoup de moteurs sur les jambes d’un robot, pour avoir plus de positions possibles. Mais cela nécessite de savoir les gérer, et de trouver la bonne configuration. C’est là qu’intervient un retour d’expérience de la communauté de robotique ludique, avec la solution PLM : Parallel Leg Mechanism.

 Principe

La construction PLM concerne les articulations les plus importantes des jambes : celles qui font monter/descendre le robot lorsqu’il est fixe, et qui le font avancer/reculer lorsqu’il est en mouvement.

Chaque articulation est doublée mécaniquement, avec une articulation devant et une autre derrière, en parallèle. D’où son nom comme vous l’aurez deviné.

 Avantages

La structure forme un parallélogramme dont l’angle intérieur change (les côtés restant de même longueur deux à deux). L’angle par rapport aux autres éléments reste ainsi toujours le même, et l’assiette du robot est la plus horizontale possible pendant le déplacement.

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Cette construction assure également une plus grande solidité, et lorsqu’on utilise deux servomoteurs - comme c’est le cas dans les exemples qu’on a pu voir - l’effort est réduit par deux.

L’avantage par rapport à deux articulations dissociées, c’est donc la double garantie (mécanique et motorisation) de conserver l’angle d’inclinaison.

 Mise en application

Easy Robotics a construit la majeure partie des pièces en aluminium des robots d’étude (Pobot Easy I à III, Easy Bipède, pinces, etc..). Voici ce que donne la réalisation d’un PLM selon Easy Robotics :

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 Retour en arrière

L’utilisation d’une structure mécanique en parallélogramme n’est pas nouvelle : sur le robot 2006 de la Coupe de France, Eric avait conçu un pantographe motorisé par un seul servomoteur pour faire avancer horizontalement une turbine d’aspiration, avec un ressort pour assurer le retour en minimisant l’effort sur le moteur.

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A noter que le pantographe (comme outil de dessin) existe depuis 1603. Mais encore fallait-il y penser, et l’appliquer à un déplacement contrôlé ou à une jambe de robot.

D’autres vues du pantographe sur le robot Pobot 2006 :

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 Les inconvénients

Quand on utilise deux servomoteurs, leur commande doit être synchronisée. Si ce n’est pas très compliqué, une erreur de conception mécanique peut nécessiter une synchronisation non linéaire des positions des moteurs.

 Sources

L’idée de documenter en français ce type de mécanisme m’est venue de Nicolas qui réalise un humanoïde à 7 servos par jambe. Cet article s’enrichira au fur et à mesure des progrès de son robot.

Il y a deux discussions importantes à consulter (en anglais) sur les forums de RoboSavvy et de Trossen Robotics (c’est le même post au début mais les échanges sont différents ensuite) :

- PLM sur le forum de RoboSavvy

- PLM sur le forum Trossen Robotics

Vous y trouverez de nombreuses images de robots bipèdes construits sur le principe du PLM, ainsi que des vidéos.

Si vous avez vous-même construit ce type de robot, n’hésitez pas à nous contacter pour nous donner votre point de vue : difficultés rencontrées, inconvénients, avantages. Et bien sûr partager vos photos et faire connaitre vos propres réalisations.

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