Résumé : L’objectif de ce projet soutenu par le programme robea cnrs est de concevoir, étudier et réaliser un robot «anguille»





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ROBOT ANGUILLE
F. Boyer, M. Alamir, D. Chablat, W. Khalil, A. Leroyer, Ph. Lemoine

IRCCyN, UMR 6597

Ecole des Mines de Nantes

1 Rue de la Noë, B.P 92101

44321 Nantes cedex 3, FRANCE

email: Frederic.Boyer@emn.fr

Résumé : L’objectif de ce projet soutenu par le programme ROBEA CNRS est de concevoir, étudier et réaliser un robot « anguille » capable de nager en trois dimensions. Pour cela nous étudions sur la base de modèles continus macroscopiques, les problèmes de la simulation, locomotion et commande. L’étude s’appuie sur une analyse biomécanique de la nage et se concrétise par la réalisation d’une plate-forme logicielle et d’un prototype. Pour atteindre ces objectifs un groupe pluridisciplinaire d’équipes et laboratoires a été formé :


  • Muséum National d’Histoire Naturelle (MNHN) : Laboratoire d’Ichtyologie

  • Laboratoire de Mécanique des Fluides (LMF) de Nantes : Divisions Modélisation Numérique (DMN) et Hydrodynamique Navale (DHN)

  • IRCCyN : Equipes Robotique, Méthodes de Conception Mécanique, Systèmes Temps Réel 

  • LAG : Axe Commande et Observation 

  • LIRMM : Equipe Robotique sous-Marine 

1Introduction



Comparées à nos réalisations technologiques, les performances des poissons font rêver. Au nombre de celles-ci on compte leurs prodigieuses capacités d’accélération pouvant atteindre jusqu’à 20 fois la gravité, leur vitesse excédant les 70 km/h, leur extraordinaire manœuvrabilité : virage à 180° sans ralentir et sur des rayons de courbure de l’ordre du dixième de leur longueur, tandis que les véhicules actuels doivent ralentir de moitié et prendre des rayons de courbures de l’ordre de 10 fois leur longueur. En terme d’efficacité, leur rendement est de l’ordre de 10 fois supérieur à ceux de nos meilleurs sous-marins…etc… Ces chiffres motivent à eux seuls les efforts actuels pour comprendre et reproduire les solutions des poissons sur nos systèmes robotiques. Dans ce domaine, relevant de la bio-mimétique, la première des difficultés rencontrées est décrite en ces termes:
« Reproduire les performances d'un poisson par simple imitation de sa forme et de sa fonction serait impossible car la mise au point d’un véhicule fléchissant de façon lisse et continue est au-delà des possibilités actuelles de la robotique. »
(M.S.Triantafyllou, An efficient swimming machine, Scientific American, Mars 1995)
Ainsi, le caractère continu des poissons constitue-t-il la difficulté essentielle de la recherche dans ce domaine. C’est l’objet de ce projet que de renforcer le bio-mimétisme en réalisant un prototype de robot anguille « plus continu » que ses homologues actuels. Pour cela, l’architecture mécanique du prototype est basée sur l’empilement en série de plates-formes parallèles gainées par un organe continu flexible jouant le rôle de la peau. La modélisation elle-même, s’appuie sur des modèles dynamiques dits « macro-continus » ( « macro » pour « macroscopiques ») basés sur la théorie des poutres Cosserats actionnées de manières continue.

Afin d’atteindre cet objectif nous avons débuté le projet par une étude bio-mécanique (§2). Sur la base de cette étude, la conception (§3) assistée d’une modélisation macroscopique de type continu (macro-continue) résumée dans la section §4 a été lancée et menée en parallèle d’une modélisation poly-articulée (§5) plus fidèle à la réalité technologique du futur prototype. Enfin dès le départ une modélisation du contact fluide structure a été initiée (§6). Soulignons que nous avons d’emblée adopté une approche hiérarchisée de modélisation tant pour la mécanique du robot que pour le contact fluide- structure. Sur la base de ces modèles et simulateurs associés, la commande est en cours d’étude (§7) et sera implémentée in fine sur une architecture informatique abordée dans la section 8.
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