Conception de systèmes mécaniques auto-adaptatifs pour la locomotion

Les mécanismes auto-adaptatifs (ou sous-actionnés) permettent d'accomplir des tâches complexes en utilisant un nombre minimal d'actionneurs. Leur caractéristique principale est la division de l'actionnement, à l'aide de mécanismes souvent différentiels, entre plusieurs mouvements de sortie dont la séquence de déclenchement peut être contrôlée à l'aide d'éléments passifs. Actuellement, ils sont majoritairement employés pour fabriquer des doigts ou de mains robotiques capables de s'adapter mécaniquement à la forme de l'objet à saisir, sans utiliser de contrôle en boucle fermée. Il est ainsi possible d'effectuer des économies substantielles en générant de manière purement mécanique un comportement qui nécessiterait autrement un grand nombre de moteurs et de capteurs. Dans ce projet, deux thèmes distincts, liés à l'application de cette philosophie de conception au domaine de la locomotion, sont explorés avec comme but principal de transférer l'expertise développée avec les doigts auto-adaptatifs vers de nouveaux cas d'utilisation. En premier lieu, un mécanisme de patte mécanique à deux degrés de liberté, actionné par un seul moteur, a été développé. En cas de collision avec un obstacle durant la phase de vol, le ratio de transmission de l'actionnement est altéré, combinant ainsi les deux degrés de liberté pour permettre à la patte de glisser le long de l'obstacle à la recherche d'un nouveau point d'appui. Ce mécanisme a été analysé en profondeur, notamment par le biais de la théorie des visseurs, afin de quantifier sa capacité d'adaptation. Il a ensuite été possible de procéder à une optimisation multi-objectifs visant à mettre en évidence le compromis entre les capacités d'adaptation de la patte et la qualité de la trajectoire générée. La validation expérimentale de ce mécanisme est également présentée. Le second thème relève du domaine de la réadaptation. Le mécanisme développé correspond à celui d'une orthèse entièrement passive, capable de générer des couples correcteurs sur les articulations de la hanche et du genou. Pour ce faire, un système de poulies non-circulaires et de câbles relie les rotations de ces deux articulations à l'allongement de deux ressorts. La synthèse des profils des poulies, par le biais d'une méthode graphique innovante, est décrite, de même que les résultats expérimentaux obtenus à l'aide du prototype réalisé. Les travaux réalisés dans le cadre du présent projet ont par ailleurs mené à d'autres contributions dans le domaine des poulies non-circulaires, soit un mécanisme d'équilibrage statique et un autre permettant de guider une plateforme suspendue le long d'une trajectoire de type « pick-and-place ».