On roulera mieux sur Mars
Des universitaires canadiens aident les ingénieurs à mettre au point un modèle comportemental fidèle des pneumatiques qui équiperont les rovers destinés à l’exploration planétaire.
Afin de limiter les risques et de réduire les coûts, les organismes d’exploration spatiale, tels la Nasa aux Etats-Unis ou la CSA au Canada, font de plus en plus appel à des robots mobiles sans pilote, les rovers, pour explorer les surfaces lunaire et martienne, et même celle d’astéroïdes. Encore faut-il qu’une fois arrivés sur leurs lieux d’exploration, ces rovers se comportent comme prévu. D’où l’importance de la simulation lors de leur développement.
Ainsi Willem Petersen, chercheur au sein de l’équipe de Recherche sur le mouvement de l’Université de Waterloo, dans l’Ontario, collabore avec John McPhee, professeur en ingénierie de conception de systèmes, et la CSA, au développement d’un modèle ultra-fidèle de roue pour rover d’exploration planétaire, afin de comprendre l’interaction entre la locomotion du rover et le manque de densité du terrain.
Le rover étant susceptible de rester coincé en cours d’exploration à la suite d’une perte d’adhérence, au risque de mettre en danger le succès de la mission, il est absolument essentiel de comprendre les interactions roues-sol pour concevoir un rover planétaire efficace et performant.
Pour mener à bien ses travaux, l’équipe utilise le logiciel de modélisation physique MapleSim développé par Maplesoft. Ils ont constaté que l’approche symbolique de ce logiciel contribuait à l’obtention de modèles ultrafidèles, tout en fournissant des simulations dépassant ou approchant la performance en temps réel. Cette démarche se traduit par les temps de simulation les plus courts en comparaison des modèles similaires créés à l’aide d’outils de modélisation classiques.
Modéliser l’interaction pneu/sol
Grâce à MapleSim et à sa bibliothèque de pneumatiques, les chercheurs ont conçu un modèle symbolique de dynamique multicorps du rover Juno de la CSA, avec un modèle inédit d’interaction pneus/sol. Le modèle du rover Juno correspond directement à la structure du système physique et comprend un châssis principal, une suspension à balancier flottant dépendant du châssis, et quatre pneumatiques. Le mécanisme de suspension, conçu avec trois basculeurs interconnectés, permet aux deux roues situées de chaque côté du rover de pivoter par rapport au châssis. Cette disposition répartit uniformément la charge sur les quatre roues et maintient la hauteur du châssis constante lorsque le rover évolue librement en terrain accidenté et rencontre des obstacles importants.
Le modèle d’interaction pneus/sol a été validé par deux expériences distinctes du rover Juno, qui ont permis de comparer les résultats de la simulation de MapleSim avec les données réelles obtenues à l’aide d’un prototype physique. La première expérience constituait en un test d’effort de traction servant à l’identification des paramètres inconnus concernant le sol, tandis que la seconde était dévolue à la vérification de ces paramètres, effectuée lors d’une manœuvre du rover sur un terrain en trois dimensions. Les chercheurs ont comparé les résultats de la simulation dynamique de progression réalisée dans MapleSim avec les données expérimentales générées par le prototype physique du rover Juno de la CSA. Ils ont alors constaté que les résultats du modèle pneus/sol MapleSim concordaient parfaitement avec les données expérimentales.
Affiner le modèle
Les futures recherches auront pour objectif une meilleure connaissance des paramètres du modèle, de leur sensibilité et de la façon dont ils affectent la dynamique du modèle. Elles contribueront au développement d’un modèle plus général de pneumatique. Les recherches porteront également sur le comportement du modèle en contact sur des surfaces dures. L’implémentation de modèles de contact sur des systèmes de calcul parallèles dans le but d’obtenir des simulations plus rapides et des géométries plus complexes constitue une recommandation supplémentaire en vue de recherches ultérieures.
« Du fait de la remarquable fidélité de modélisation de MapleSim, le prototypage physique ne sera plus nécessaire à l’avenir pour la conception des rovers. En conséquence, les ingénieurs feront de substantielles économies de coûts et de délais de production, sans compter la souplesse de conception », conclut le professeur John McPhee.
Source : http://www.industrie-techno.com/conception-design