L'importance fondamentale de la taille

Avec l'aide de servomoteurs compacts à couple élevé, les véhicules robotisés miniatures effectuent des reconnaissances fiables, même dans les environnements les moins favorables.

Même s'il est extrêmement sophistiqué, il y a peu de chance qu'un robot soit plus efficace qu'une personne s'il s'agit de ­sauver les victimes d'un désastre d'un tas de décombres. Toutefois, un drone terrestre tel que le Recon Scout IR de ­ReconRobotics Inc. (Edina, Minnesota, États-Unis) est, à la différence d'un être humain, capable ­d'explorer sans danger un bâtiment démoli et d'en envoyer en temps réel des images susceptibles de constituer un outil précieux et d'aider les secouristes à prendre une ­décision et à préparer une réplique stratégique. Sous ses apparences de petite haltère, le Scout est capable de gravir des terrains accidentés, de parcourir les chemins définis qui lui sont commandés et de transmettre un flux continu d'images, tout ceci sans câble de connexion. Grâce au design sophistiqué, aux matériaux robustes et aux servomoteurs compacts à couple élevé de FAULHABER utilisés pour la construction de son appareil, la société ReconRobotics s'est imposée comme un acteur majeur du marché de la robotique de recherche et de sauvetage.    

Petit mais costaud

Le véhicule robotisé a beau être petit, sa conception a pourtant demandé beaucoup de travail. L'équipe d'ingénieurs a dû faire face à des exigences de performance contradictoires sur tous les fronts : le système devait être puissant mais petit, présenter un couple élevé tout en possédant une longue durée de fonctionnement avec une seule charge de batterie. Il aura fallu bien des compromis, des optimisations de composants et des priorisations, mais le robot résultant du processus maîtrise presque toutes les tâches très bien.
Une puissance motrice suffisante était en tête de la liste des exigences — un drone terrestre de recherche et de sauvetage ­incapable d'atteindre la zone ciblée ne sert pas à grand chose. Les déplacements sur des décombres ou un sol irrégulier nécessitent un niveau de couple important. ­Normalement, un ingénieur se serait contenté de choisir un moteur suffisamment grand pour fournir la puissance requise, mais le format compact du Scout constituait ici une contrainte. La deuxième approche ­évidente, l'ajout d'un réducteur présentant un rapport de réduction élevé pour convertir la vitesse du moteur en couple, n'était pas pensable — non seulement il aurait fallu aller au-delà de l'espace disponible pour l'entraînement, mais cela n'aurait fait qu'augmenter le couple au détriment d'une vitesse réduite, chose inacceptable pour un robot de recherche et de sauvetage.
Ce projet exigeait des moteurs à haute densité de puissance ayant le diamètre d'une cigarette. C'est MICROMO, so­ciété sœur américaine de FAULHABER, qui, avec ses moteurs à courant continu de 8 et 10 mm, a trouvé la solution. « La meilleure solution dans la plage de dimensions que nous recherchions était celle de ­FAULHABER, » explique Patrick McKinney, PDG chez ReconRobotics. Ces moteurs étaient ­habituellement utilisés plutôt pour des applications médicales et présentaient ainsi l'avantage de constituer une solution fiable. « Ils sont voués à travailler dans un environnement où des vies dépendent de leur fonctionnement, » ajoute-t-il. « Nous avons testé ces moteurs en fonctionnement continu sur plus de 168 heures en demi-charge. Ils sont vraiment impressionnants. » Un réducteur planétaire supplémentaire qui agrandit légèrement le moteur assure un rapport de réduction de 64:1 et permet d'accroître encore le couple.
La barre transversale du drone terrestre comporte une caméra sensible aux infrarouges, un projecteur infrarouge, ainsi que les moteurs, les entraînements, un contrôleur et le transmetteur assurant la transmission radio de toutes les données. Les deux roues du Recon Scout sont entraînées ­indépendamment l'une de l'autre. Pour cela, un système de contrôle avec un circuit de régulation en boucle fermée fournit les signaux de commande traités en conséquence. Un gyroscope fournit les mesures de l'axe z (axe de lacet) et assure que les roues se déplacent uniformément et que le Scout peut évoluer en ligne droite. Un accéléromètre surveille le mouvement du véhicule robotisé sur les axes x et z pour permettre de le diriger sur le parcours souhaité. Une queue stabilisatrice pondérée équilibre la position de rotation de la barre transversale afin que la lentille de la caméra reste bien alignée pour la capture d'images.

Le modèle plus résistant du Scout pour la recherche et le sauvetage est équipé de roues à crampons pour grimper sur des obstacles.

Pas facile

Mais s'agit-il vraiment de rouler jusqu'à l'emplacement visé ? Non, le Recon Scout IR est conçu pour être lancé ou parachuté directement sur l'emplacement à reconnaître. L'équipe de ReconRobotics a donc dû concevoir un système capable de survivre à une chute verticale de 10 mètres sur du béton. Ils ont commencé par un ­châssis en aluminium de qualité aéronautique, qui aide également à évacuer la chaleur. Le boîtier en titane de la barre transversale protège les composants. Les roues sont en polyéthylène spécial qui sert aussi à amortir les chocs.
Lorsque l'appareil atterrit après un lancement, les roues touchent le sol avec une force suffisante pour pouvoir endommager les engrenages. Afin d'éviter cette éventualité, l'équipe a conçu un embrayage mécanique breveté qui dégage les engrenages au moment de l'impact et les ré-engage après l'atterrissage du Scout. Avec un imageur, un projecteur et des roues en fonctionnement continu, le Scout présente une durée de fonctionnement d'une heure par charge grâce au fonctionnement ultra-efficace des moteurs de FAULHABER.
À l'origine, le Scout était conçu comme robot de surveillance destiné aux applications militaires et aux missions spéciales dans un environnement urbain relativement propre. Lorsque le groupe ReconRobotics a entrepris de développer le modèle de recherche et sauvetage, ils ont dû faire face à une nouvelle exigence, celle d'un fonctionnement dans les décombres, la poussière et la chaleur. Le client précisait que le Scout de 10 cm devait être capable de passer par-dessus des objets de 5 cm de haut sans aucune aide. Pour une machine si petite, cette ­spécification constituait un réel défi, d'autant plus que les autres exigences n'en restaient pas moins strictes. Le problème a été résolu en utilisant un moteur plus puissant de 10 mm de diamètre, en élargissant légèrement élargissement les roues et en ajoutant de redoutables crampons longs d'environ 2,5 cm pour améliorer la traction.

Le Recon Scout IR peut être lancé sur un lieu d'intervention et fonctionner de manière autonome, envoyer des images et se déplacer sur commande pendant au moins une heure par batterie.
L'unité de commande de type talkie-walkie du Scout est équipée d'un joystick unique et peut être manipulée d'une seule main.