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Dans les scénarios complexes d’exploration de terrains difficiles et de sauvetage en conditions extrêmes, la capacité d’escalade verticale des robots quadrupèdes a toujours représenté un défi technique majeur.
Dans cette vidéo, nous présentons le robot quadrupède grimpeur de murs KLEIYN, une solution particulièrement innovante.
Grâce à l’intégration d’une articulation lombaire active (Active Waist Joint) et à l’utilisation avancée d’algorithmes d’apprentissage par renforcement (Reinforcement Learning, RL), ce projet parvient à réaliser une escalade verticale efficace de type chimney climbing dans des espaces étroits de 800 à 1000 mm de largeur, avec une vitesse d’ascension jusqu’à 50 fois supérieure à celle des robots quadrupèdes traditionnels.
Dans cette recherche innovante, les actionneurs articulaires haute performance CubeMars constituent la solution d’entraînement principale, fournissant aux articulations de la taille et des jambes du KLEIYN une réponse dynamique élevée ainsi qu’un contrôle précis de la force.
Les robots quadrupèdes traditionnels disposent généralement de degrés de liberté uniquement au niveau des jambes, tandis que leur corps reste une structure rigide.
Cette conception offre une excellente stabilité sur terrain plat, mais elle rencontre d’importantes limitations physiques face aux murs verticaux ou aux espaces confinés tels que les cheminées et les conduites.
1. Absence de point d’application de force au niveau du corps: Un corps rigide ne peut pas transférer efficacement les forces générées par les jambes vers la surface du mur à travers des mouvements tels que la cambrure du dos ou la torsion. Cela entraîne une force de friction et une force de maintien insuffisantes.
2. Limitations des algorithmes de contrôle: Dans des environnements confinés, les robots doivent ajuster leur posture à une fréquence extrêmement élevée. Les méthodes de contrôle traditionnelles rencontrent des difficultés pour gérer ces problèmes dynamiques non linéaires et à haute dimension.
Pour résoudre ces problèmes, l’équipe KLEIYN a ajouté de manière innovante une articulation lombaire active au robot et adopté une stratégie de contrôle basée sur l’apprentissage par renforcement.
Les moteurs articulaires CubeMars apportent un soutien essentiel au projet dans les domaines suivants :
Une puissance dynamique et agile pour la « taille active »: La taille active est l’élément clé permettant au KLEIYN de grimper sur les murs. Elle doit effectuer fréquemment des mouvements importants de tangage et de rotation. Les moteurs articulaires CubeMars disposent d’une densité de couple élevée et d’une inertie rotorique extrêmement faible, leur permettant de fournir instantanément une forte puissance tout en conservant une large bande passante de réponse. Ainsi, les mouvements de la taille du robot deviennent aussi flexibles et dynamiques que ceux d’un organisme biologique.
Un support optimal pour l’exécution bas niveau des algorithmes d’apprentissage par renforcement (RL): Les algorithmes d’apprentissage par renforcement nécessitent des actionneurs offrant une très haute précision de contrôle et une latence minimale. Les moteurs CubeMars intègrent des encodeurs haute résolution et des algorithmes avancés de contrôle FOC, permettant d’exécuter avec précision les commandes de position, de vitesse et de couple envoyées par le contrôleur supérieur à haute fréquence (par exemple 1000 Hz). Cela garantit une reproduction fidèle des stratégies RL dans un environnement réel.
Une conception extrêmement légère: Pour les robots grimpeurs, chaque gramme supplémentaire augmente considérablement les exigences en matière de couple moteur ainsi que les contraintes sur les systèmes d’adhérence et de support. Les moteurs CubeMars intègrent le moteur, le réducteur et le contrôleur dans une unité compacte et légère. Cette conception permet au KLEIYN d’ajouter davantage de degrés de liberté au niveau de la taille tout en maintenant strictement le poids global du robot.
Grâce à cette vidéo, vous pouvez observer directement les performances impressionnantes du robot KLEIYN équipé de moteurs CubeMars :
Test d’escalade dans un espace étroit: Démontre comment le robot utilise sa taille active pour prendre appui contre les parois et grimper verticalement à une vitesse de 150 mm/s dans des espaces de 800 à 1000 mm de largeur.
Gros plan sur les mouvements de la taille active: Montre clairement les mouvements de flexion, d’extension et de torsion de la taille active à chaque étape de l’escalade. Ces mouvements sont impossibles à réaliser avec les robots quadrupèdes rigides traditionnels.
Comparaison avec les solutions traditionnelles: Présente clairement l’avantage considérable du KLEIYN par rapport aux robots quadrupèdes classiques en termes d’efficacité d’escalade.
Q1 : Les moteurs CubeMars conviennent-ils aux articulations de taille des robots ?
R :Oui.Les modules articulaires CubeMars de la série AK offrent un couple élevé, un faible jeu mécanique et une réponse haute fréquence.
Ils sont largement utilisés dans les articulations de taille, de cou et les structures articulées des robots humanoïdes et quadrupèdes, permettant un contrôle dynamique complexe de l’ensemble du corps.
Q2 : Vos moteurs prennent-ils en charge des algorithmes avancés comme l’apprentissage par renforcement (RL) ?
R :Oui.Les moteurs CubeMars fournissent des interfaces de communication haute fréquence CAN/RS485, prennent en charge plusieurs modes de contrôle tels que la position, la vitesse et le couple, et proposent des protocoles de communication bas niveau ouverts. Ils peuvent être intégrés de manière fluide avec différents frameworks d’apprentissage par renforcement comme Isaac Gym et MuJoCo, permettant un déploiement rapide Sim2Real (simulation vers réalité).
Que vous développiez un robot quadrupède grimpeur, un robot humanoïde ou un bras robotique complexe, CubeMars propose des solutions d’actionneurs miniatures offrant une forte densité de puissance et une réponse rapide, adaptées à vos besoins.
[En savoir plus sur les spécifications et dimensions des modules articulaires CubeMars AK Series]
