Passive Compliance
- Aussi appelé: mechanical compliance
- Catégorie: Mechanical structure › Arms & end-effectors
- Mots-clés: compliance, end-of-arm-tooling, assembly, contact, mechanism-design
Souplesse intégrée au mécanisme d'un robot, comme des ressorts, des amortisseurs ou des matériaux souples, qui lui permet de céder aux forces de contact sans aucune mesure ni commande active.
Définition
Compliance passive (passive compliance) : souplesse mécanique intégrée dès la conception à un robot ou à son outillage. Des ressorts, des élastomères, des guidages flexibles (flexures), des amortisseurs ou des matériaux souples se déforment lorsqu'une force de contact s'exerce sur eux, de sorte que l'effecteur peut se décaler ou s'incliner légèrement pour absorber des erreurs de position et d'orientation. Comme la réponse vient de la physique et non d'un contrôleur, elle agit instantanément, ne demande ni capteurs ni calcul, et continue de fonctionner si le logiciel ou l'alimentation tombe en panne.
Elle est le pendant de la compliance active (active compliance), dans laquelle un contrôleur, comme une commande en impédance ou en admittance, utilise des mesures de force ou de couple et des commandes moteur pour qu'un robot rigide se comporte comme s'il était compliant. La compliance active peut changer sa raideur à la volée mais est limitée par la mesure, la bande passante de la commande et la latence ; la compliance passive répond aux chocs plus vite que n'importe quelle boucle de commande, mais a une raideur fixe ou réglable seulement lentement. De nombreux systèmes utilisent les deux, par exemple un poignet compliant sous un bras commandé en impédance.
Un exemple bien connu est le dispositif de compliance à centre déporté (remote center compliance, RCC), un poignet qui place son centre de compliance près de l'extrémité de la pièce tenue, de sorte que les désalignements latéraux et angulaires lors de l'insertion d'une cheville dans un trou (peg-in-hole) sont corrigés au lieu de provoquer un coincement. D'autres formes incluent les montages de poignet à ressort ou en élastomère, les actionneurs élastiques en série, les doigts souples et à guidage flexible, et les pieds compliants des robots à pattes. Le principal coût est une précision de position réduite et la possibilité d'oscillations, puisque le robot ne sait plus exactement où se trouve son outil, à moins que la déflexion ne soit mesurée.
Pourquoi c'est important
Les tâches de contact comme l'insertion, l'essuyage et la saisie sont très sensibles aux petites erreurs de position, et un robot parfaitement rigide transforme ces erreurs en efforts importants qui coincent les pièces ou endommagent le matériel. La compliance passive absorbe ces erreurs mécaniquement, ce qui rend souvent suffisants, pour un travail riche en contacts, des robots moins chers et moins précis et des contrôleurs plus simples.
Applications principales
- Insertion de cheville dans un trou (peg-in-hole) et assemblage avec des dispositifs de compliance à centre déporté
- Poignets compliants et supports d'outil pour le polissage, le ponçage et l'essuyage
- Pinces souples et à guidage flexible qui épousent la forme des objets
- Actionneurs élastiques en série pour une interaction sûre et la mesure d'effort
- Absorption des chocs dans les pieds des robots à pattes et les trains d'atterrissage des drones
En pratique
Un bras bon marché échoue à répétition à insérer des goupilles dans un montage, car son erreur de position dépasse le jeu. Au lieu de remplacer le bras, l'équipe monte une unité de compliance ressort-amortisseur entre la bride et la pince. À l'approche, le chanfrein de la goupille touche le bord du trou, l'unité fléchit latéralement et s'incline, et la goupille glisse dedans. L'équipe règle la raideur du ressort pour que la pince ne s'affaisse pas sous son propre poids, ajoute de l'amortissement pour arrêter les oscillations après les mouvements rapides, et installe un mécanisme de verrouillage qui rend l'unité rigide pendant les déplacements de transfert, où la précision compte davantage que la compliance.
Idées reçues
- La compliance passive est la même chose que la commande en impédance — la commande en impédance crée de la compliance par la mesure et la rétroaction, tandis que la compliance passive vient du mécanisme lui-même
- Plus de compliance est toujours plus sûr et meilleur — trop de compliance réduit la précision, provoque affaissement et oscillations, et peut stocker de l'énergie libérée brusquement
- La compliance passive signifie que le robot ne peut pas savoir où se trouve son outil — la déflexion peut être mesurée par des codeurs ou d'autres capteurs, comme dans les actionneurs élastiques en série
Qui devrait le savoir
- Concepteurs d'outillage de bout de bras (end-of-arm tooling) et de pinces
- Ingénieurs en assemblage et en automatisation
- Concepteurs d'actionneurs et de mécanismes
- Chercheurs en robots à pattes et en robotique souple
Technologies associées
- Dispositif de compliance à centre déporté (Remote Center Compliance Device)
- Actionneur élastique en série (Series Elastic Actuator)
- Actionneur à raideur variable (Variable Stiffness Actuator)
- Mécanismes à guidage flexible (Flexure Mechanisms)
- Poignet compliant (Compliant Wrist)