Comment choisir les moteurs pour un rover martien ? Pourquoi de plus en plus de projets robotiques choisissent-ils les solutions d’entraînement de Cub

Les Mars Rovers sont un type de robot mobile qui impose des exigences extrêmement élevées au système d'entraînement.

Comparés aux robots mobiles à roues ordinaires, les Mars Rovers doivent fonctionner dans des environnements plus complexes, tels que :

• Terrains sablonneux meubles

• Routes graveleuses

• Obstacles irréguliers

• Déplacements sur de longues distances

• Terrains à forte pente

Ces environnements imposent des exigences plus élevées au système d'entraînement.

Une excellente solution d'entraînement pour Mars Rover doit non seulement fournir un couple de sortie suffisant, mais également prendre en compte :

• Une forte densité de couple

• Une structure compacte

• Un contrôle précis des mouvements

• Une grande fiabilité

• Une capacité de fonctionnement stable à long terme

Par conséquent, lors du processus de sélection des moteurs pour un Mars Rover, les équipes d'ingénierie ne se concentrent généralement pas sur un seul paramètre, tel que le couple maximal ou la vitesse maximale, mais doivent évaluer de manière globale si l'ensemble du système d'entraînement peut répondre aux exigences de mouvement dans des environnements complexes.

Ces dernières années, de plus en plus de projets robotiques ont commencé à adopter des actionneurs robotiques hautement intégrés et des solutions de moteurs sans balais haute performance, parmi lesquels les solutions de moteurs CubeMars ont déjà été appliquées aux Mars Rovers, aux robots mobiles et à d'autres plateformes robotiques, fournissant une assistance en matière de puissance pour des systèmes de mouvement complexes.

Pourquoi les Mars Rovers ont-ils besoin de moteurs d'entraînement spécifiques ?

Les Mars Rovers adoptent généralement des structures à entraînement multiroues, telles que des configurations à quatre roues, six roues, voire davantage de roues.

Lors du fonctionnement réel, le véhicule doit faire face à :

• Des variations de la résistance du sol

• Une augmentation de la charge en montée

• Des impacts causés par les obstacles

• Un risque de patinage des roues

• Des contraintes d'espace et de poids

Par conséquent, les moteurs d'entraînement des Mars Rovers ne peuvent pas simplement rechercher des performances à haute vitesse, mais doivent se concentrer sur les aspects suivants.

1. Couple de sortie élevé : garantir la capacité de franchissement sur des terrains complexes

Les Mars Rovers doivent compter sur leurs roues pour générer une force motrice suffisante afin de surmonter :

• Leur propre poids

• Le frottement du sol

• La résistance due aux pentes

• La résistance des obstacles

Le couple de sortie au niveau des roues est généralement influencé par les facteurs suivants :

Couple de sortie = Couple moteur × Rapport de réduction × Rendement de transmission

Par conséquent, augmenter le couple de sortie dans un espace limité constitue une orientation importante dans la conception des systèmes d'entraînement robotiques.

2. Forte densité de couple : obtenir davantage de puissance avec un poids limité

Pour les Mars Rovers, le poids influence directement :

• La consommation d'énergie

• La durée de fonctionnement

• La charge structurelle

• La capacité tout-terrain

Comparée à une simple augmentation de la taille du moteur, une conception à forte densité de couple peut fournir une capacité de sortie supérieure avec un volume plus réduit et un poids plus faible.

C'est également une raison importante pour laquelle les modules d'entraînement hautement intégrés attirent de plus en plus l'attention dans le domaine de la robotique.

3. Contrôle précis : permettre un mouvement coordonné de plusieurs roues

Les Mars Rovers disposent généralement de plusieurs roues motrices.

Pour garantir un mouvement stable du véhicule, les moteurs doivent fournir :

• Un retour de position

• Un contrôle de vitesse

• Un contrôle du couple

• Une capacité de contrôle du mouvement en boucle fermée

Un retour d'information précis peut aider le système de contrôle à :

• Ajuster la vitesse des roues

• Réduire le patinage

• Améliorer la capacité de franchissement des obstacles

• Améliorer la stabilité des mouvements

4. Grande fiabilité : répondre aux exigences de fonctionnement à long terme

Les Mars Rovers, les rovers lunaires et les robots mobiles extérieurs doivent généralement fonctionner pendant de longues périodes.

Par conséquent, le système d'entraînement doit fournir :

• Une structure mécanique stable

• Une bonne capacité de dissipation thermique

• Des performances de contrôle fiables

• Une capacité de fonctionnement en charge continue

Spécifications clés pour la sélection des moteurs de Mars Rover

1. Couple moteur

Le couple détermine la force motrice que le robot peut générer.

Pour les robots mobiles, le couple de pointe peut aider le système à gérer :

• La montée de pentes

• Les charges soudaines

• Le franchissement d'obstacles

Cependant, la sélection réelle du moteur ne peut pas se concentrer uniquement sur le couple de pointe ; la capacité de sortie continue doit également être prise en compte.

2. Rapport de réduction

Le mécanisme de réduction détermine la vitesse et le couple à la sortie du moteur.

Un rapport de réduction plus élevé peut généralement fournir :

• Un couple de sortie supérieur

• Une meilleure capacité de déplacement à basse vitesse

Tandis qu'un rapport de réduction plus faible peut fournir :

• Une réponse plus rapide

• Une vitesse de mouvement plus élevée

Par conséquent, l'adaptation doit être effectuée en fonction du poids du véhicule, du diamètre des roues et de la vitesse cible.

3. Taille et poids du moteur

Les Mars Rovers sont généralement très sensibles aux contraintes d'espace et de poids.

Les systèmes d'entraînement traditionnels peuvent nécessiter :

• Un moteur

• Un réducteur

• Un encodeur

• Un contrôleur

Plusieurs composants sont installés séparément.

Cette solution augmente :

• La complexité structurelle

• La difficulté d'assemblage

• Le poids du système

Par conséquent, les actionneurs robotiques hautement intégrés sont devenus le choix d'un nombre croissant de projets.

Pourquoi les projets de Mars Rover choisissent-ils les moteurs CubeMars ?

1. Forte densité de couple : une force motrice élevée dans un format compact

Les solutions traditionnelles nécessitent généralement :

Moteur + Réducteur externe + Encodeur + Contrôleur

Cette structure peut entraîner :

• Une augmentation du volume

• Une installation plus complexe

• Une augmentation du poids du système

En revanche, la série AK de CubeMars adopte une conception intégrée qui regroupe plusieurs composants essentiels, rendant les conceptions robotiques plus compactes.

Pour les Mars Rovers, cela signifie :

• Un espace d'installation réduit

• Un poids total du véhicule plus faible

• Une efficacité de sortie de puissance supérieure
  
  

C'est également une raison importante pour laquelle les équipes robotiques choisissent CubeMars comme solution d'entraînement.

2. Structure de réduction à engrenages planétaires : équilibrer couple et fiabilité

Les Mars Rovers doivent fonctionner à basse vitesse et sous des charges élevées.

La structure de réduction planétaire offre des avantages tels que :

• Une grande capacité de charge

• Un rendement de transmission élevé

• Une taille compacte

• Un rapport de réduction relativement élevé

ainsi que d'autres avantages.

La série AK de CubeMars adopte une structure de réduction planétaire intégrée, qui peut aider les robots mobiles à atteindre un couple de sortie plus élevé au niveau des roues.

Par exemple :

AK70-10 KV100 adopte une structure de réduction planétaire de 10:1, ce qui améliore la capacité de sortie tout en maintenant une réponse dynamique, la rendant adaptée à des applications telles que les articulations robotiques et les robots mobiles.

3. Contrôle précis : répondre aux exigences du mouvement coordonné de plusieurs roues

Les Mars Rovers doivent non seulement « se déplacer », mais aussi « se déplacer avec précision ».

Les moteurs CubeMars prennent en charge plusieurs méthodes de contrôle, notamment :

• Contrôle de position

• Contrôle de vitesse

• Contrôle du couple

• Mode de contrôle MIT

Parallèlement, des encodeurs haute précision sont intégrés afin d'obtenir un retour d'information sur les mouvements en temps réel.

Pour un Mars Rover à six roues, un retour d'information précis peut aider à :

• Synchroniser les vitesses des roues

• Améliorer la capacité de franchissement des obstacles

• Réduire le patinage

• Améliorer la stabilité des mouvements

CubeMars équipe le Mars Rover de RoboTeam Twente

Présentation du projet Mars Rover de RoboTeam Twente

Afin de développer un Mars Rover capable de s'adapter à des terrains complexes, RoboTeam Twente a sélectionné les moteurs CubeMars comme solution d'entraînement robotique.

RoboTeam Twente est une équipe interdisciplinaire de robotique étudiante originaire des Pays-Bas, composée d'étudiants de l'Université de Twente et de la Saxion University of Applied Sciences. Les membres de l'équipe couvrent plusieurs domaines, notamment la conception mécanique, les systèmes électroniques, le contrôle embarqué, le développement logiciel et l'intelligence artificielle. L'équipe se consacre au développement de systèmes robotiques avancés et à la participation à des compétitions internationales de rovers.

Dans le cadre du projet Mars Rover, le robot doit relever des défis similaires à ceux rencontrés lors de véritables missions d'exploration planétaire, notamment :

• Déplacement sur des terrains complexes

• Navigation autonome

• Exploration de l'environnement

• Exécution de tâches robotiques

   

Le système d'entraînement doit donc fournir simultanément :

• Un couple de sortie élevé

• Une structure compacte

• Un contrôle stable

• Une fiabilité opérationnelle à long terme

Ces exigences font de la sélection des moteurs et des actionneurs un élément clé du développement du projet.

Différentes combinaisons d'actionneurs avec différents rapports de réduction pour équilibrer puissance et réponse

Pendant le fonctionnement, les différentes exigences de mouvement du Mars Rover imposent différentes contraintes au système d'entraînement.

Par exemple, lorsqu'il est confronté à :

• Montée de pentes
• Sol meuble
• Obstacles de gravier

et à d'autres situations, le robot a besoin d'un couple de sortie plus élevé ;

Tandis que lors de l'exécution de :

• Ajustement de la vitesse
• Contrôle précis des mouvements
• Fonctionnement coordonné de plusieurs roues

tâches, une meilleure capacité de réponse dynamique est requise.

Par conséquent, RoboTeam Twente a adopté une combinaison d'actionneurs CubeMars avec différents rapports de réduction afin d'obtenir un équilibre entre puissance et flexibilité en fonction des différentes exigences de performance.

AK45-36 KV80 : offrant un rapport de réduction élevé et une forte capacité de sortie

Le AK45-36 KV80 de CubeMars adopte une conception avec un rapport de réduction de 36:1.

Un rapport de réduction plus élevé peut augmenter efficacement le couple de sortie, donnant au robot une meilleure capacité de déplacement à basse vitesse et une capacité de charge supérieure.

Pour le Mars Rover, lorsqu'il fonctionne dans des environnements complexes, le véhicule doit surmonter :

• Résistance du sol
• Charges liées aux pentes
• Impacts des obstacles

Par conséquent, un couple de sortie élevé est très important pour améliorer la capacité de franchissement du robot.

Les caractéristiques de l'AK45-36 KV80 le rendent adapté aux scénarios d'entraînement nécessitant une forte puissance de sortie, fournissant un support de mouvement stable et fiable au Rover.

AK70-10 KV100 : équilibrer puissance de sortie et réponse dynamique

Le AK70-10 KV100 de CubeMars adopte une conception avec un rapport de réduction de 10:1.

Comparé aux solutions à rapport de réduction plus élevé, un rapport de réduction plus faible peut fournir :

• Une vitesse de réponse plus rapide
• Un contrôle des mouvements plus flexible
• De meilleures performances dynamiques

Pour les robots mobiles, chaque scénario ne nécessite pas un couple maximal.

Dans les applications nécessitant un ajustement rapide de l'état de mouvement et une plus grande flexibilité de contrôle, l'AK70-10 KV100 peut fournir de meilleures performances dynamiques.

Vidéo du projet :

Pourquoi RoboTeam Twente choisit-il les moteurs CubeMars ?

1. Un couple de sortie élevé répond aux exigences des déplacements sur terrains complexes

Pendant son fonctionnement, le Mars Rover doit faire face à :

• Sable

• Gravier

• Pentes

• Sol irrégulier

Comparé aux robots mobiles ordinaires, le Rover impose des exigences plus élevées en matière de puissance au niveau des roues.

Les actionneurs de la série AK de CubeMars combinent des moteurs sans balais avec des structures de réduction planétaire, aidant les robots mobiles à obtenir une force motrice plus importante grâce à un couple de sortie plus élevé tout en conservant une taille compacte.

Pour les projets de Rover, cette conception à forte densité de couple peut aider le robot à obtenir de meilleures capacités de mouvement dans un espace limité.

2. Une conception hautement intégrée réduit la difficulté de développement du système

Les solutions d'entraînement robotiques traditionnelles nécessitent généralement une sélection séparée de :

• Moteur

• Réducteur

• Encodeur

• Contrôleur

Ensuite, l'adaptation mécanique et le contrôle sont effectués.

Pour les équipes de robotique étudiantes ou les projets de recherche, cela augmente :

• La charge de travail liée à la conception mécanique

• Le temps de débogage

• La difficulté d'intégration du système

Les actionneurs robotiques CubeMars intègrent les principaux composants de mouvement, notamment :

• Moteur sans balais

• Mécanisme de réduction

• Encodeur

• Contrôle de l'entraînement

Fournissant une solution de puissance plus modulaire.

Cette conception peut aider l'équipe à se concentrer davantage sur :

• La conception structurelle du Rover

• Le développement des algorithmes de contrôle

• Les systèmes de navigation autonome

Au lieu de consacrer beaucoup de temps à résoudre les problèmes fondamentaux d'intégration de l'entraînement.

3. Un contrôle précis améliore la stabilité des mouvements du Rover

Les Mars Rovers utilisent généralement plusieurs roues motrices pour assurer des mouvements coordonnés.

Dans des environnements complexes, le robot doit ajuster en temps réel :

• La vitesse des roues

• Le couple de sortie

• L'état de mouvement

Les actionneurs CubeMars prennent en charge le contrôle en boucle fermée et fournissent des informations de mouvement en temps réel grâce au retour d'information des encodeurs, permettant au système de contrôle d'assurer une gestion plus précise des mouvements.

Cela est particulièrement important pour les Rovers qui doivent accomplir des tâches sur des terrains complexes.

À quels types de robots les solutions d'entraînement CubeMars conviennent-elles ?

En plus des Mars Rovers, les moteurs et actionneurs CubeMars conviennent également à :

1. Robots mobiles

Par exemple :

• UGV

• Robots d'inspection

• Robots extérieurs

2. Robots industriels

Par exemple :

• AGV

• Équipements d'automatisation

• Robots logistiques intelligents

3. Robots haute performance

Par exemple :

• Robots humanoïdes

• Robots quadrupèdes

• Bras robotiques

Comment choisir le moteur adapté à votre Mars Rover ?

Lors de la sélection d'un moteur pour Mars Rover, vous pouvez suivre les étapes ci-dessous :

1. Déterminer le poids du robot

Y compris :

• Châssis du véhicule

• Batterie

• Charge utile

• Structure mécanique

2. Déterminer les paramètres des roues

Y compris :

• Diamètre des roues

• Type de pneu

• Surface de contact

3. Calculer le couple requis

Prendre en compte :

• Pente maximale

• Résistance du sol

• Charge maximale

4. Adapter le rapport de réduction

En fonction de :

• Exigences de vitesse

• Exigences de couple

• Réponse dynamique

Sélectionner la solution appropriée.

5. Confirmer les exigences de contrôle

Sélectionner :

• Contrôle de vitesse

• Contrôle de position

• Contrôle du couple

Conclusion

La sélection des moteurs pour Mars Rover ne consiste pas simplement à trouver un moteur avec le couple maximal, mais à trouver le meilleur équilibre entre les performances de puissance, la taille de la structure, le poids, la précision du contrôle et la fiabilité globale du système.

Pour les robots mobiles complexes tels que les Mars Rovers, le système d'entraînement ne détermine pas seulement si le robot peut se déplacer, mais influence également sa capacité de franchissement, sa stabilité et ses performances globales dans des environnements de mission réels.

CubeMars a développé des solutions de contrôle du mouvement hautement intégrées pour les applications robotiques en combinant :

• Des moteurs sans balais haute performance

• Des mécanismes de réduction planétaire

• Un retour d'information par encodeur

• Des méthodes de contrôle flexibles

Fournissant une assistance fiable en matière de puissance pour les plateformes Mars Rovers, UGV, robots mobiles et autres robots intelligents.

L'application dans le projet Mars Rover de RoboTeam Twente démontre la valeur pratique de la solution d'entraînement CubeMars dans le domaine de l'exploration robotique. Pour les équipes développant des projets impliquant des Mars Rovers, rovers lunaires, plateformes mobiles sans pilote ou robots de recherche, la sélection de moteurs robotiques et de solutions d'actionneurs adaptés constitue une étape importante pour améliorer les performances du système et raccourcir le cycle de développement.

À l'avenir, à mesure que la technologie robotique continuera de se développer, les systèmes d'entraînement haute performance, hautement intégrés et faciles à déployer joueront un rôle de plus en plus important dans l'exploration planétaire, l'automatisation industrielle et la robotique mobile autonome.

CubeMars s'engage à fournir des solutions d'alimentation fiables aux développeurs de robots du monde entier, permettant aux robots d'acquérir de meilleures capacités de mouvement et d'exploration.