La robotique conçue pour les environnements difficiles

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Dans l'article suivant, nous allons voir comment une entreprise utilise des techniques de conception créatives et des outils de configuration en ligne pour fournir des moteurs et des réducteurs personnalisés pour son dernier bras robotique et sa dernière pince, capables de s'adapter à une grande variété d'applications.

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Editor maxon HQ

Le PDG de Blueprint Lab, Paul Phillips, a combiné sa passion pour l'ingénierie mécatronique avec son amour du surf et de la plongée dans l'océan. L'entreprise, située dans la banlieue de Sydney, en Australie, conçoit et fabrique des produits qui fonctionnent dans l'environnement difficile des fonds marins. Selon Paul, "j'ai réalisé très tôt que les fabricants de véhicules sous-marins avaient besoin de matériel spécialisé pour effectuer des tâches de manipulation à distance. Le développement de tels outils par eux-mêmes était prohibitif en termes de coût et de complexité. L'équipe du Blueprint Lab "aime la technologie plus que tout", c'est pourquoi nous sommes déterminés à inventer des produits techniquement innovants. Nous aimons ce que nous faisons", explique-t-il.

Le Reach Alpha 5 est le manipulateur sous-marin à cinq fonctions le plus léger du monde.

L'argument de vente unique des manipulateurs et des préhenseurs robotisés de la société est leur taille. Selon Paul, le Reach Alpha 5 est le plus petit manipulateur ROV (Remotely Operated Vehicle) du monde. Lorsqu'il est replié, il ne mesure que ~23x15x4cm et mesure environ 58cm à pleine extension avec une portée dynamique de 40cm. Le bras est capable de supporter un poids de 2 kg à pleine portée et une charge axiale de 100 kg. La force de fermeture de l'effecteur est d'environ 600N. Les unités sont conçues pour fonctionner à des profondeurs allant jusqu'à 300 mètres (près de 1000 pieds).

En tant que complément utilisable à tout ROV, le Reach Alpha 5 est un dispositif entièrement électrique qui fonctionne à partir de 18-30 VDC. Le système est rapide et facile à intégrer grâce aux protocoles standard RS232/RS485. L'unité offre une détection des fuites pour une tranquillité d'esprit avant le lancement du véhicule. Les effecteurs interchangeables comprennent des pinces standard ainsi que des mâchoires quadruples, des mâchoires de récupération spécialisées, des pinces à pointeau, des mâchoires souples, des mâchoires parallèles et des mâchoires coupe-câbles. Les unités sont principalement fabriquées en aluminium AL6061 anodisé dur. Les bras et les effecteurs peuvent être fabriqués en acier inoxydable pour les environnements plus difficiles et lorsqu'une résistance accrue est nécessaire.

Le Reach Alpha 5 est entraîné par des moteurs maxon DCX 16mm et des engrenages planétaires. Les moteurs sont intégrés dans une disposition côte à côte de sorte qu'ils sont capables d'entraîner efficacement dans les deux sens. Un contrôleur conçu en interne s'insère entre les moteurs afin de maintenir une disposition compacte. Un ensemble d'engrenages spiroïdaux, également conçu en interne, est utilisé comme élément d'entraînement final. La rétroaction du système est fournie par un codeur de position absolue à effet Hall intégré. "Pour les articulations à couple élevé, nous utilisons des réducteurs à couple élevé en raison de leur capacité de charge accrue. Pour les autres articulations, telles que le grabber et les moteurs de rotation en ligne, les composants DCX standard étaient suffisants", a déclaré Paul. 

 

"Comme nous avons développé le matériel, le micrologiciel et le logiciel de nos produits en interne, nous avons pu offrir à nos clients des niveaux d'optimisation, de facilité d'entretien et d'assistance beaucoup plus élevés", explique Paul. Le plus grand défi pour l'entreprise a été de faire passer un produit du stade du prototype à celui de la production. La nécessité d'obtenir un résultat parfait à chaque fois est essentielle pour assurer la conformité, la capacité du processus et la répétabilité de la production que les clients exigent. Pour cette raison, Blueprint Lab considère que l'un des principaux avantages de maxon est son configurateur en ligne pour la personnalisation des moteurs, avec une production en 11 jours, qui permet aux clients de commander des moteurs 24h/24 et 7j/7. Et ensuite de livrer le produit dans des quantités de niveau de production selon les exigences du marché.

Le programme maxon DCX comprend des moteurs qui offrent une densité de puissance et un rendement élevés et qui constituent une gamme de moteurs à fonctionnement régulier. Les moteurs sont disponibles pour une configuration en ligne dans des tailles allant de 6 mm à 35 mm. Les clients peuvent choisir entre des balais en métal précieux ou en graphite, des roulements à billes ou frittés, et bien plus encore, dans un boîtier fermé ou sans cadre. maxon permet aux utilisateurs de configurer et de combiner des moteurs DC ou BLDC, des réducteurs planétaires et des capteurs en fonction de leurs spécifications individuelles. Au fil des différentes générations du produit, le moteur et le rapport d'engrenage ont changé pour mieux répondre aux exigences des clients et améliorer la robustesse. Selon Paul, "la gamme DCX a permis d'effectuer ces changements de manière transparente, sans nécessiter de conception mécanique.

Pendant la phase de développement d'un actionneur, par exemple, l'entreprise peut commander jusqu'à 20 variantes de moteurs en ligne avant de choisir le bon produit. Cela permet en fait à l'entreprise d'économiser de l'argent, car le temps de recherche est beaucoup plus coûteux. De plus, cela permet à Blueprint de tester toutes les options disponibles avant de choisir.

Les moteurs DCX 16mm de maxon sont utilisés dans tout le manipulateur Reach Alpha 5.

Au cours d'une session de brainstorming avec Bianca Braun et Brett Motum de maxon, des idées supplémentaires ont été proposées. Au cours de la session, Paul et son équipe se sont tournés vers les contrôleurs maxon comme sujet. L'un des premiers souhaits de l'entreprise était d'incorporer une version réduite de l'amplificateur servo ESCON de maxon pour s'adapter aux diamètres des moteurs. La conversation a ensuite porté sur les méthodes permettant à un ingénieur de configurer un contrôleur. Le concepteur pourrait choisir parmi les caractéristiques déjà présentes dans le matériel du contrôleur de moteur, puis configurer la forme du contrôleur en ligne. "L'ouverture de maxon aux nouvelles idées est importante", a déclaré Paul.

La plupart des applications des manipulateurs robotisés de l'entreprise se situent dans des endroits difficiles d'accès ou dangereux. Les unités sont utilisées sur des ROV pour les opérations de recherche et de récupération, l'inspection des infrastructures offshore pour les opérations pétrolières et gazières, la collecte d'échantillons pour la recherche en sciences marines, ainsi que dans le cadre d'opérations spéciales de récupération menées par les militaires et les premiers intervenants civils. En plus d'opérer sous l'océan pour la recherche, le Reach Alpha 5 peut être utilisé pour des opérations policières et militaires telles que les robots démineurs et pour l'inspection visuelle rapprochée dans les opérations pétrochimiques et nucléaires.

La mise en place de technologies de base en interne pour le Reach Alpha 5 confère à Blueprint Lab un solide avantage technique par rapport à d'autres entreprises, tandis que l'entreprise se développe sur des marchés plus larges, tels que les applications nucléaires, pétrochimiques, terrestres et aérospatiales. "Nous pensons toujours aux prochains développements", explique Paul. Par exemple, les algorithmes d'apprentissage automatique sont un sujet brûlant pour l'entreprise, qui met en œuvre du matériel dans ses derniers produits qui l'aideront à se diriger vers l'avenir de l'IA.

Blueprint Lab est une entreprise avant-gardiste, férue de technologie, qui compte plus de 20 ingénieurs créatifs qui aiment ce qu'ils font. Paul admet qu'il aimerait voir plus de femmes ingénieurs postuler dans l'entreprise. "Ce serait formidable de voir plus de femmes ingénieurs en mécatronique en Australie", dit-il. "Nous sommes toujours à la recherche de personnes dynamiques et il n'y a tout simplement pas assez de femmes diplômées pour l'industrie robotique en ce moment."

C'est incroyable ce qu'on peut faire quand on réunit les bons ingénieurs et les bons produits. Blueprint Lab s'est donné pour mission d'intégrer des composants de précision tels que les moteurs maxon dans ses produits. Avec la croissance des véhicules télécommandés de toutes sortes qui utilisent des bras robotiques et des pinces, il y aura une place pour les entreprises comme Blueprint Lab pour les années à venir.