Conception et optimisation d'un bras robotique ultraléger pour le déploiement de tâches de contact par drone

La maintenance d'infrastructures difficiles d'accès, par exemple les éoliennes, les ponts ou encore les sites industriels, est aujourd'hui assurée par le travail de techniciens suspendus dans les airs, appelés techniciens cordistes. Ces interventions demandent un déploiement conséquent en matériel et en temps, elles sont fonction des intempéries et peuvent être dangereuses. Plusieurs applications de robotique aérienne visent à aider les techniciens, mais se limitent pour la plupart à des tâches d'inspection, sans capacités de déployer des procédés nécessitant un contact maintenu avec la structure. En vue du déploiement de tâches de parachèvement en zones difficiles d'accès, la conception d'un robot six axes ultraléger est présentée dans ce mémoire. Le robot est intégré sur un drone d'emport de charges lourdes équipé d'un système d'accostage, nommé Base Attachment Module (BAM). Ce système permet, à la suite d'une phase d'approche, de stabiliser le drone contre une paroi à l'aide de ventouses actives, puis de couper ses moteurs pour maintenir le système en position avec une consommation minime en énergie. Dans cette configuration, un procédé robotique peut être déployé sur la paroi, dans le demi-plan au dessus de la base du robot. Les performances du drone et du BAM permettent d'accommoder la plage d'angle d'accostage de 0 à 180°, modifiant ainsi les chargements subis par le robot. Une architecture du robot modulaire et facilement paramétrable est proposée. La modularité des articulations et des membrures permet de décliner l'assemblage du robot facilement selon son usage, que ce soit pour différents angles d'accostage comme dans ce projet, mais tout aussi bien pour d'autres applications, d'autres outils montés en bout de bras, d'autres efforts maximaux, etc. Les performances du robot dans son espace articulaire sont évaluées en simulation à partir de requis stricts formulés dans l'espace cartésien. La base du robot étant fixe pendant le déploiement du procédé, la portée joue pour beaucoup dans la viabilité du système. Une routine d'optimisation est utilisée dans le but de maximiser la surface de travail du robot sous une limite de masse fixe, pour une valeur d'angle d'accostage du drone. Le choix des moteurs et des réducteurs de deux articulations différentes (attribuées respectivement aux axes 1 à 3 et 4 à 6), ainsi que les longueurs du bras et de l'avant-bras sont optimisés. Une optimisation multi-objectifs par algorithme évolutif permet, dans un premier temps, de maximiser la surface et minimiser la masse du robot conjointement afin d'obtenir un panel de designs optimaux et définir un palier de masse maximale adapté. A partir de cette limite de masse, une conception optimale unique est obtenue pour chaque angle d'accostage, maximisant ainsi les performances du robot dans tous les cas de déploiement.