Projet de recherche P5/06 (Action de recherche P5)
Le présent projet de recherche sur les «Systèmes Mécatroniques Evolués» a pour objectif de développer un environnement dédié à l’optimisation et à la commande de systèmes mécatroniques intégrés. Cet environnement vise le développement d’une nouvelle génération de systèmes mécatroniques, requis par l’évolution actuelle des défis technologiques et sociologiques.
La caractéristique la plus marquante d’un système mécatronique (que l’on peut encore qualifier de «machine») reste la génération d’un mouve-ment. Une «machine» est donc une structure mécanique (de façon générale, un système constitué de corps flexibles poly-articulés) de complexité variable. Cette structure est mise en mouvement par un ensemble d’actionneurs appropriés, au travers de mécanismes de transmission. Les mouvements qui en résultent sont mesurés par le biais de capteurs. Ces derniers peuvent être de type proprioceptif (ex.: codeurs, gyroscopes) ou extéroceptif (ex.: système de vision). Une tâche à exécuter est transmise à la «machine» via une interface homme/machine (système de programmation de tâches) comme, par exemple, les interfaces à retour d’effort, la programmation par apprentissage, l’autonomie interactive de chaises roulantes, etc. L’écart par rapport au mouvement de consigne, détecté par les capteurs, est corrigé par un système de commande approprié. Les caractéristiques fondamentales de tels systèmes sont la robustesse, la précision, la largeur de bande etc. Les systèmes de commande peuvent être basés soit purement sur un modèle du système, soit sur l’observation de son comportement soir encore sur les deux.
Comme ces machines sont intrinsèquement de nature pluridisciplinaire, l’approche mécatronique se présente comme étant tout naturellement celle à suivre pour la conduite du projet. Fondamentalement, cette approche est de type « concurrent engineering »: la machine doit être vue comme un système pluridisciplinaire dans lequel tous les aspects doivent être optimisés simultanément.
Le projet est subdivisé en sous-projets, chacun d’entre eux étant focalisé sur des recherches de pointe dans une discipline particulière et/ou au niveau de l’intégration de disciplines différentes. Ces dernières sont: la modélisation, l’identification, la commande et l’optimisation des systèmes, les micro-systèmes, la nano-technologie, les interfaces homme/machine, le tout dans des environnements complexes.
Optimisation et pluridisciplinarité sont les clés de voûte du présent projet. En effet, ce dernier met l’accent sur la modélisation, l’identification et la commande de systèmes multidisciplinaires et affiche de ce fait une réelle progression par rapport à l’état de l’art. Des cas tests génériques ont été définis et sont destinés à illustrer la supériorité de l’approche mécatronique intégrée qui est envisagée dans le projet par rapport à ce que propose l’état de l’art actuel.
Les thèmes du projet ont été sélectionnés en tenant compte des résultats des projets PAI antérieurs, et sur la base des défis posés à la recherche de pointe dans le domaine de la mécatronique.
Le premier sous-projet (SP1) est dédié à la modélisation, la commande et l’optimisation de systèmes mécatroniques. Le programme symbolique de modélisation de système multicorps, Robotran, développé antérieurement sera généralisé pour permettre de tenir compte d’éléments issus d’autres disciplines que la mécanique multicorps. Par ailleurs, en vibro-acoustique, on s’intéressera plus particulièrement à la modélisation de systèmes soumis à des fréquences intermédiaires, problème non encore résolu de façon satisfaisante. SP1 sera aussi l’objet du développement de systèmes de commande robustes pour systèmes multicorps distribués comprenant des non-linéarités importantes (géométrie variable) ou moyenne (forces de frottement).
Enfin, soulignons que l’optimisation occupe une place centrale pour SP1 : en effet, à ce niveau, les modèles du système et de sa commande sont fusionnés en un seul modèle « mécatronique » dont l’optimisation globale est l’aboutissement de ce premier sous-projet.
Le second sous-projet (SP2) a pour objet le développement de micro-effecteurs intelligents (actionnés par un fluide) caractérisés par une grande densité de puissance. Ceux-ci sont utiles pour des systèmes micro-mécatroniques, tels que les endoscopes robotisés.
Le troisième sous-projet (SP3) vise à résoudre des problèmes pointus en nano-robotique. En particulier, il s’agit de problèmes de manipulation et/ou d’assemblage de nano-structures, en utilisant des interfaces à retour d’efforts entre l’opérateur et un microscope à forces atomiques.
Le quatrième et dernier sous-projet (SP4) concerne les interactions homme/machine de haut niveau, pour des cas très divers tels que la programmation par apprentissage, l’usinage de surfaces complexes, l’intelligence distribuée...
De plus, les méthodes seront développées en tenant compte de la complexité de l’environnement dans lequel le système mécatronique doit évoluer (géométrie, photométrie), par exemple à l’aide de systèmes actifs de vision, de systèmes de commande intelligents et basés sur le comportement, ... Les méthodes envisagées seront capables de rendre les systèmes mécatroniques (en particulier des robots mobiles) plus autonomes dans des environnements complexes, non structurés et non industriels tels que des salles de séjour ou de réunion, ... ; l’objectif final étant bien sûr de concrétiser le rêve ultime dans ce domaine, à savoir la réalisation d’une machine « omniprésente mais invisible », capable d’assister l’être humain et vivre en harmonie avec lui.
