Contexte général de la robotique mobile

Les robots mobiles sont des systèmes qui agissent physiquement dans leurs environnements afin d’atteindre des objectifs qUi leur sont assignés. Ils impliquent de nombreuses disciplines telles que la mécanique, l’électronique et l’informatique. Ces machines sont autonomes et capables de s’adapter à quelques variations de leurs conditions de fonctionnement. Elles possèdent des fonctions de perception, prise des décisions et d’actions. Cette intelligence artificielle permet au robot d’accomplir différentes tâches de plusieurs façons même en rencontrant certaines situations imprévues.

Ces véhicules autonomes deviennent une priorité pour le secteur industriel et la recherche, car ils sont capables de coopérer avec les êtres humains ou même les remplacer afin d’effectuer des tâches qui sont généralement dangereuses, pénibles et répétitives.

Il est très important de mentionner qu’un robot mobile a besoin d’un mécanisme de locomotion qui lui permet de se déplacer dans son espace de travail. On peut trouver des robots à pattes, les robots à chenilles et encore les robots actionnés par des roues qui constituent la partie majeure de ces systèmes.

Les robots à pattes 

Les robots à pattes sont des robots mobiles qui utilisent des membres mécaniques pour se déplacer. Ils imitent souvent les animaux à pattes et les humains et peuvent avoir deux pattes ou plus.

Grâce à leurs anatomies à nombreux degrés de liberté, ces robots peuvent traverser des différents terrains. Ils sont aussi polyvalents, car ils sont destinés à réaliser des tâches variées dont l’accès au site est difficile. En revanche, ces avantages nécessitent une complexité de mouvement, un maintien difficile de l’équilibre et de la stabilité du véhicule et une consommation énergétique importante.

Les robots à chenilles 

Pour assurer leur locomotion, ces types de robots utilisent des chenilles qui sont des dispositifs mécaniques articulés capables de transmettre le poids du véhicule au sol en la répartissant sur une surface supérieure à la surface de contact des roues. La chenille est une bande de roulement tendue sur une série de roues alignées. Elles sont suspendues indépendamment, sans contact avec le sol et soutiennent le haut de la bande. La surface de contact des chenilles avec le sol est très supérieure à celle des roues ou des pattes ce qui permet une stabilité mécanique et une adhérence au sol remarquable. Ces avantages permettent de franchir des terrains accidentés et des obstacles du relief comme les chars d’ assaut. En contrepartie, la grande adhérence et la stabilité entraînent des forces de frictions importantes ce qui causent une augmentation de la consommation énergétique. Dans le secteur industriel, l’utilisation des robots à chenilles est limitée et ne présente pas une solution pratique et rentable.

Les robots à roues 

En raison de la simplicité du mécanisme de locomotion, les robots mobiles à roues sont les plus répandus actuellement. Ce choix technologique a été fait, car les roues sont toujours plus faciles à contrôler que des pattes ou des chenilles et elles permettent au robot de se déplacer plus rapidement en dissipant moins d’énergie. Cependant, ces robots ne sont pas pratiques sur des terrains accidentés et sur des surfaces qui ne sont pas dures. Ils opèrent dans des environnements aménagés soit à l’intérieur comme les sites industriels ou à l’extérieur comme les routes. Les robots mobiles à roues peuvent avoir deux roues ou plus et les types les plus utilisés sont les robots de type voiture et les robots à entraînement différentiel.

Les robots de type voiture 

Un robot de type voiture est doté de quatre roues disposées à chacun des coins du châssis. Deux roues fixes placées sur un même axe assurent la traction du robot, alors que les deux autres roues qui sont aussi sur le même axe sont orientables et servent à le diriger.

Grâce à sa structure et ses quatre appuis, le robot de type voiture est considéré stable dans la famille des robots à roues. La plupart du temps, ces robots sont utilisés à l’extérieur comme les voitures sans pilotes qui sont encore en phase de la recherche et le développement. Il faut noter qu’à cause de la nature de la locomotion, la commande d’un robot de type voiture est compliquée. En effet, il est impossible de le déplacer perpendiculairement aux roues fixes ou le tourner sur place, ce qui limite leur utilisation dans des espaces encombrés.

Les robots mobiles à entraînement différentiel 

Un robot à entraînement différentiel est un robot mobile dont le mouvement est basé sur deux roues motrices entraînées indépendamment. Ces deux roues ont généralement le même rayon et sont placées de chaque côté du corps du robot.

La locomotion de ce type de robot est simplifiée, car il est capable de tourner autour de son centre de rotation situé au milieu de l’axe reliant les deux roues, ce qui n’est pas le cas pour les robots de type voiture. De ce fait, le déplacement d’un robot mobile à entraînement différentiel peut être réalisé en exécutant seulement des mouvements de rotation autour de lui-même et des mouvements de translation ce qui rend sa commande plus facile que la majorité des autres robots mobiles.

Le terme « différentiel» signifie que la vitesse du véhicule, qui est en train d’exécuter un virage, est déterminée par la différence de vitesse entre ces deux roues. Par exemple, pour effectuer une translation, il faut actionner les deux roues à la même vitesse et au même sens. Alors que pour une rotation, il faut actionner les deux roues à la même vitesse, mais dans des sens opposés.

Contrairement à un robot de type voiture, ce robot est considéré moins stable puisqu’ il contient deux appuis seulement. Pour cela, une ou plusieurs roues folles (pivotantes) peuvent être ajoutées afin d’ assurer son équilibre et  sa stabilité .