Sélection d’un moteur robotique : comment choisir le bon moteur

Choisir le bon moteur pour robot ne consiste pas simplement à rechercher le moteur offrant le couple le plus élevé ou la vitesse la plus élevée. Il s’agit plutôt d’adapter le moteur aux exigences de charge, de mouvement, d’alimentation, de mécanique, de commande et de gestion thermique du robot.

Dans un système robotique, le choix du moteur influence bien plus que la capacité du robot à se déplacer. Le moteur sélectionné a une incidence sur la vitesse des articulations, la capacité de charge, la précision de positionnement, l’efficacité énergétique, la stabilité thermique, l’intégration mécanique et la fiabilité à long terme.

L’approche la plus fiable consiste à commencer par les exigences réelles de fonctionnement du robot et à déterminer progressivement les spécifications du moteur, plutôt que de choisir d’abord un moteur dans un catalogue.

Ce guide explique étape par étape comment choisir un moteur pour robot, depuis la définition de l’application et le calcul du couple jusqu’à la sélection de la vitesse, de la puissance, du rapport de réduction, de l’architecture du moteur, du système de retour d’information, des performances thermiques et des interfaces de commande.

Définir les exigences du robot avant de choisir un moteur

La première étape pour choisir un moteur pour robot consiste à définir précisément ce que le robot doit déplacer, à quelle vitesse il doit se déplacer et dans quelles conditions de fonctionnement il doit être performant.

Avant de comparer les moteurs, déterminez le type de robot, la charge utile, la masse en mouvement, la configuration des articulations ou des roues, l’amplitude de mouvement requise, l’accélération, la durée de fonctionnement, l’espace d’installation disponible, l’alimentation électrique et les exigences de commande.

Les différentes architectures robotiques entraînent des exigences très différentes en matière de moteurs. La première décision doit donc être fondée sur l’application plutôt que sur le moteur lui-même.

Par exemple, un robot mobile à roues peut privilégier la vitesse continue et l’efficacité, tandis qu’un robot quadrupède peut nécessiter un couple de pointe élevé, une réponse rapide et un contrôle précis du couple. Une articulation de robot humanoïde peut accorder davantage d’importance à la densité de couple, à l’intégration compacte, aux performances thermiques et à la réversibilité.

Pour une comparaison plus large de l’influence de la structure du robot sur les exigences du moteur, consultez Legged Robots vs Wheeled Robots: Design, Performance, and Motor Requirements Comparison.

Principaux facteurs à prendre en compte lors du choix d’un moteur pour robot

Calculer la charge et le couple requis

Le couple requis par le moteur dépend de la charge du robot, du bras de levier, de l’accélération, des frottements et des pertes mécaniques.

Le couple est généralement la première spécification importante à calculer, car un moteur incapable de générer un couple suffisant ne peut pas compenser cette insuffisance par une vitesse plus élevée ou un meilleur contrôle.

Pour une charge statique simple, le couple peut être estimé à l’aide de la formule suivante :

T = F × r

où :

T = couple en N·m

F = force appliquée en N

r = distance perpendiculaire entre l’axe de rotation et le point d’application de la force, en m

Par exemple, si une articulation subit une charge de 300 N avec un bras de levier de 0,2 m :

T = 300 × 0,2 = 60 N·m

Il ne s’agit que d’un point de départ simplifié, car les articulations robotiques sont soumises à des charges dynamiques et mécaniques supplémentaires.

• Calculer le couple statique

Le couple statique représente le couple nécessaire pour supporter la charge lorsque le mécanisme est à l’arrêt ou se déplace à vitesse constante.

La gravité est particulièrement importante pour les articulations orientées verticalement, car le couple requis varie en fonction de l’angle de l’articulation et de la position du centre de masse du robot.

Pour les robots humanoïdes, par exemple, les articulations de la hanche, du genou et de l’épaule peuvent subir un couple gravitationnel important selon la posture et la charge utile.

• Calculer le couple dynamique

Le couple dynamique doit être pris en compte lorsque le robot doit accélérer ou décélérer sa propre masse en mouvement ou une charge utile externe.

Le couple dynamique peut être approximé par :

T = J × α

où :

J = moment d’inertie en rotation

α = accélération angulaire

Le mouvement dynamique est particulièrement important pour les robots quadrupèdes, les robots humanoïdes, les bras robotisés et les autres systèmes qui accélèrent, décélèrent, sautent, grimpent ou changent fréquemment de direction.

Pour les applications quadrupèdes, le couple, le couple de pointe, la vitesse de réponse, le rapport de réduction et la densité de couple influencent directement les performances des mouvements dynamiques. Une analyse détaillée est disponible dans Which Parameters Matter for Quadruped Robot Motors? From “Able to Move” to “High-Performance Motion”.

• Tenir compte des frottements et des pertes mécaniques

Le calcul final du couple doit inclure les frottements, les pertes de transmission, la résistance des roulements et les autres pertes mécaniques, plutôt que de considérer uniquement la charge théorique.

Un modèle simplifié peut être exprimé comme suit :

T_total = T_static + T_dynamic + T_friction + T_loss

L’équation réelle dépend de la structure mécanique du robot et de son système de transmission, mais le principe reste le même : le moteur doit fournir le couple requis par l’ensemble du mécanisme, et pas uniquement par la charge utile externe.

• Appliquer un facteur de sécurité approprié

Le couple calculé doit être multiplié par un facteur de sécurité adapté à l’application afin de tenir compte des variations de charge, des incertitudes du modèle, des impacts et des conditions transitoires de fonctionnement.

Par exemple :

T_required = T_calculated × Safety Factor

Le facteur de sécurité approprié dépend de l’application, de l’incertitude liée à la charge, de la stratégie de commande, de la conception mécanique et des charges de choc attendues. Il ne doit donc pas être considéré comme une valeur fixe universelle.

Pour une analyse plus détaillée des exigences en matière de couple continu et de couple de pointe dans les articulations robotiques, consultez How to Choose the Right Robot Joint Motor: Torque, Speed & Integration Explained. Ce guide souligne que le couple continu et le couple de pointe correspondent à des conditions de fonctionnement différentes et doivent tous deux être pris en compte lors de la sélection.

Déterminer la vitesse de sortie requise

La vitesse requise du moteur doit être déterminée à partir du mouvement de sortie réel du robot plutôt qu’à partir du régime maximal à vide du moteur.

Pour une articulation rotative, la valeur clé est la vitesse de sortie requise au niveau de l’articulation, de la roue ou du mécanisme.

Si un moteur est relié à un réducteur :

Output Speed = Motor Speed ÷ Gear Ratio

Par exemple, si un moteur fonctionne à 6 000 tr/min et que la vitesse requise de l’articulation est de 120 tr/min :

Gear Ratio = 6 000 ÷ 120 = 50:1

Cela signifie que le système de transmission nécessite un rapport de réduction d’environ 50:1 selon cette relation simplifiée.

• La vitesse du moteur et la vitesse de sortie sont deux spécifications différentes

Un moteur à régime élevé n’est pas automatiquement adapté à un robot à grande vitesse, car la vitesse de sortie finale dépend du rapport de transmission et du point de fonctionnement.

Un moteur peut avoir une vitesse à vide élevée, mais fonctionner à une vitesse inférieure lorsqu’il produit un couple important.

Par conséquent, la sélection du moteur doit tenir compte de sa zone réelle de fonctionnement couple-vitesse plutôt que de comparer uniquement le régime maximal.

• Tenir compte de l’accélération et de la réponse

Le robot doit disposer d’une capacité de réponse suffisante au niveau du moteur et de l’actionneur pour atteindre la vitesse requise dans le temps d’accélération souhaité.

Cela est particulièrement important pour les robots dynamiques, car la capacité à modifier rapidement la vitesse peut affecter l’équilibre, le contrôle de la marche, l’évitement des obstacles et la qualité des mouvements.

Calculer la puissance moteur requise

La puissance du moteur dépend à la fois du couple et de la vitesse de rotation. Le couple et la vitesse doivent donc être évalués conjointement lors du dimensionnement du moteur.

La puissance mécanique peut être calculée à l’aide de la formule suivante :

P = T × ω

où :

P = puissance mécanique en watts

T = couple en N·m

ω = vitesse angulaire en rad/s

Pour une vitesse de rotation exprimée en tr/min :

ω = 2πn / 60

où n correspond à la vitesse de rotation en tr/min.

Cette relation explique pourquoi un moteur fournissant un couple élevé à très basse vitesse ne possède pas nécessairement une puissance mécanique élevée.

Les exigences de puissance sont particulièrement importantes lorsque le robot effectue des mouvements répétés à grande vitesse, monte une pente ou des escaliers, accélère rapidement ou fonctionne en continu sous charge.

La puissance électrique requise par la batterie ou l’alimentation sera également supérieure à la puissance mécanique de sortie, car le moteur, le variateur, le réducteur et les autres composants présentent des pertes d’efficacité.

Choisir le rapport de réduction approprié

Le rapport de réduction approprié doit équilibrer le couple de sortie, la vitesse de sortie, le rendement, l’inertie et la réversibilité, plutôt que de chercher à maximiser uniquement le couple.

La relation de base est :

Gear Ratio = Motor Speed ÷ Required Output Speed

L’augmentation du rapport de réduction augmente généralement le couple de sortie disponible tout en réduisant la vitesse de sortie.

Cependant, le couple de sortie réel dépend également du rendement de la transmission :

T_output ≈ T_motor × Gear Ratio × η

où η représente le rendement de la transmission.

• Rapports de réduction élevés

Un rapport de réduction élevé est utile lorsque l’application nécessite un couple de sortie important à partir d’un moteur relativement rapide.

Cette configuration est courante dans les applications où un couple élevé est plus important qu’une vitesse de sortie élevée.

Cependant, un rapport de réduction élevé peut également augmenter les pertes de transmission, l’inertie réfléchie et la résistance à la réversibilité, selon l’architecture de transmission.

• Rapports de réduction faibles

Un rapport de réduction plus faible peut fournir une vitesse de sortie plus élevée et améliorer la réactivité et la réversibilité, selon la conception de la transmission.

Cela est particulièrement pertinent pour les robots dynamiques dont les articulations doivent réagir rapidement aux forces externes et ajuster continuellement leurs mouvements.

Choisir l’architecture moteur appropriée

Une fois les exigences en matière de couple, de vitesse, de puissance et de transmission définies, l’étape suivante consiste à sélectionner l’architecture moteur qui correspond le mieux aux exigences mécaniques et de commande du robot.

L’objectif à ce stade n’est pas de choisir le moteur présentant les spécifications les plus élevées, mais de déterminer quelle architecture offre le meilleur équilibre entre performances, intégration, commande et complexité du système.

• Moteurs BLDC

Les moteurs BLDC sont largement utilisés en robotique, car ils offrent un rendement élevé, une vitesse élevée, une longue durée de fonctionnement et une bonne compatibilité avec la commutation électronique et la commande en boucle fermée.

Ils conviennent à des applications allant des robots mobiles et des bras robotisés aux cardans, aux actionneurs et aux autres systèmes de mouvement.

Pour une introduction à leur principe de fonctionnement et à leurs caractéristiques, consultez What is a BLDC Motor?

• Moteurs QDD

Les moteurs QDD sont conçus pour offrir une densité de couple élevée et une réversibilité relativement importante en combinant un moteur à couple élevé avec un mécanisme de réduction à faible rapport.

Cette architecture est particulièrement adaptée aux robots humanoïdes et quadrupèdes dynamiques, pour lesquels le contrôle du couple, la réactivité et la compliance mécanique sont importants.

Pour connaître les critères de sélection, consultez How to Choose QDD Actuators? Key Metrics and Application Considerations.

• Moteurs couple sans carcasse

Les moteurs couple sans carcasse sont utiles lorsque le moteur doit être directement intégré dans une articulation personnalisée et compacte plutôt qu’installé comme un moteur conventionnel préassemblé.

Un moteur sans carcasse fournit généralement les composants électromagnétiques sans boîtier, arbre ou système de roulements conventionnel, ce qui permet aux ingénieurs de concevoir la structure mécanique environnante autour du moteur.

Cette architecture peut être intéressante lorsque l’optimisation de l’espace, la densité de couple, l’intégration d’un arbre creux ou une géométrie d’articulation personnalisée sont importantes.

Consultez 2026 Frameless Torque Motors for Robotics Selection Guide for a more detailed selection framework pour un cadre de sélection plus détaillé.

• Actionneurs robotiques intégrés

Les actionneurs intégrés combinent plusieurs composants du système de mouvement en une seule unité afin de réduire la complexité de l’intégration et de simplifier le développement du robot.

Selon leur conception, les actionneurs intégrés peuvent combiner un moteur, un réducteur, un codeur, un variateur et d’autres composants électroniques de commande.

Cette approche peut réduire le câblage, le travail d’intégration mécanique et la complexité du développement. En contrepartie, les ingénieurs disposent de moins de liberté pour optimiser indépendamment chaque composant.

Pour une comparaison plus générale, consultez Integrated Robotic Actuators vs. Conventional Motors: The Future of Motion in Robotics.

Vérifier la taille, le poids et la densité de couple du moteur

Le moteur sélectionné doit fournir les performances requises tout en respectant les contraintes de taille et de poids disponibles sur le robot.

Un moteur qui répond aux exigences de couple et de vitesse mais qui est trop volumineux ou trop lourd peut tout de même être inadapté au robot final.

Cela est particulièrement important pour les robots humanoïdes, les robots quadrupèdes, les drones, les exosquelettes et les autres systèmes dans lesquels la masse de l’actionneur influence directement la dynamique globale du système.

• Évaluer la densité de couple

La densité de couple mesure la quantité de couple qu’un actionneur peut fournir par rapport à sa masse ou à son volume. Il s’agit de l’un des indicateurs les plus importants pour les systèmes robotiques légers.

Un indicateur simplifié basé sur la masse est :

Torque Density = Torque ÷ Motor Mass

Une densité de couple plus élevée peut contribuer à réduire la masse de l’actionneur tout en maintenant les capacités requises au niveau de l’articulation.

Cependant, la densité de couple ne doit pas être évaluée seule, car les performances thermiques, le rendement, la durabilité et la qualité de la commande influencent également les performances réelles.

• Vérifier l’intégration mécanique

Le diamètre et la longueur du moteur, le schéma de fixation, la géométrie de l’arbre, le cheminement des câbles, les dimensions du réducteur et les voies de refroidissement doivent tous être compatibles avec l’architecture mécanique du robot.

Un moteur qui ne peut pas être correctement monté ou dissiper la chaleur à l’intérieur de l’articulation doit être écarté, même si ses spécifications électriques semblent intéressantes.

Sélectionner le codeur et le système de retour d’information

Le codeur doit être sélectionné en fonction de la précision de position requise par le robot, du retour de vitesse, du contrôle du couple et de l’architecture globale de commande.

Les codeurs fournissent le retour d’information nécessaire à la commande de mouvement en boucle fermée, permettant au contrôleur de déterminer la position du moteur ou de l’articulation et d’ajuster la sortie en conséquence.

Les performances requises du codeur dépendent de l’application.

Un simple système de positionnement peut ne pas nécessiter le même niveau de retour d’information qu’une articulation humanoïde effectuant un contrôle dynamique du couple.

• Retour de position

Le retour de position détermine avec quelle précision le système de commande peut mesurer la position du moteur ou de l’articulation.

Une résolution plus élevée peut améliorer la capacité à détecter de petites variations de position, mais une résolution élevée à elle seule ne garantit pas une meilleure précision du système, car le jeu mécanique, la compliance, le montage du capteur, la bande passante de commande et la qualité du signal jouent également un rôle.

• Architectures à codeur simple et double

L’architecture du codeur doit être choisie selon que le système de commande nécessite un retour côté moteur, un retour côté sortie ou les deux.

La détection côté moteur peut fournir des informations sur la position du moteur, tandis que la détection côté sortie peut aider à prendre en compte le comportement de la transmission entre le moteur et la sortie finale de l’articulation.

Pour une analyse plus approfondie, consultez How Encoder Architecture Shapes Robot Joint Performance: Single vs Dual Encoder Systems.

• Évaluer la réversibilité

La réversibilité devient particulièrement importante lorsqu’un robot doit réagir naturellement aux forces externes ou effectuer des mouvements conformes et sensibles aux forces.

Une articulation fortement réversible permet aux forces externes appliquées à la sortie de déplacer plus facilement le moteur, ce qui peut être utile dans les robots humanoïdes, les robots quadrupèdes, les exosquelettes, les robots collaboratifs et les systèmes à commande de force.

Cependant, une réversibilité plus élevée n’est pas toujours préférable.

Une transmission fortement réversible peut améliorer l’interaction avec les forces, mais elle peut également rendre plus difficile le maintien d’une position contre des charges externes sans commande active.

La réversibilité doit donc être évaluée conjointement avec les éléments suivants :

• Rapport de réduction

• Rendement de la transmission

• Frottements

• Inertie

• Capacité de contrôle du couple

• Exigences de l’application

L’objectif n’est donc pas d’obtenir une réversibilité maximale, mais le niveau de réactivité mécanique adapté à l’application.

Vérifier les performances thermiques et le cycle de service

Un moteur doit être capable de supporter en continu la charge réelle de fonctionnement du robot sans dépasser ses limites thermiques.

L’une des erreurs les plus courantes lors du choix d’un moteur consiste à sélectionner un moteur uniquement en fonction de son couple maximal ou de son couple de pointe.

Un moteur peut produire un couple de pointe élevé pendant une courte période, sans être capable de maintenir ce couple en continu.

• Couple nominal et couple de pointe

Le couple nominal représente une capacité de fonctionnement durable, tandis que le couple de pointe représente une capacité de sortie disponible pendant une courte durée.

Le couple nominal est important pour les charges qui doivent être maintenues pendant de longues périodes, tandis que le couple de pointe devient important lors des accélérations, des sauts, de la récupération après un impact, de la montée ou d’autres événements dynamiques.

Les deux valeurs doivent donc être évaluées séparément, plutôt que de considérer le couple de pointe comme la capacité de fonctionnement normale.

• Tenir compte du cycle de service

Le dimensionnement du moteur doit tenir compte de la durée pendant laquelle le moteur fonctionne à chaque niveau de couple, plutôt que d’évaluer uniquement la charge maximale.

Un moteur fonctionnant en continu à un couple modéré peut générer davantage de contraintes thermiques qu’un moteur produisant un couple beaucoup plus élevé pendant seulement une fraction de seconde.

Les principaux paramètres thermiques à prendre en compte sont les suivants :

• Couple continu

• Courant continu

• Courant de pointe

• Durée de fonctionnement

• Durée de repos

• Température ambiante

• Méthode de refroidissement

• Environnement d’installation

• Rendement du réducteur

La validation thermique constitue donc une étape essentielle de la sélection finale du moteur et non une vérification facultative à effectuer après le choix du moteur.

Vérifier la compatibilité entre le moteur, le variateur et le contrôleur

Le moteur, le variateur, le codeur, l’alimentation électrique et le contrôleur doivent être électriquement et logiquement compatibles avant que le moteur puisse être considéré comme adapté.

Les paramètres importants comprennent notamment :

• Tension d’alimentation

• Courant continu

• Courant de pointe

• Configuration des phases du moteur

• Interface du codeur

• Interface de communication

• Mode de commande

• Protocole de retour d’information

• Puissance nominale du variateur

• Compatibilité du contrôleur

Un moteur offrant des performances mécaniques suffisantes peut tout de même échouer au niveau du système si son variateur ne peut pas fournir le courant requis ou si son interface de communication n’est pas compatible avec le contrôleur du robot.

Le variateur constitue également un élément important du système de mouvement, car il détermine la manière dont l’énergie électrique est convertie en mouvement moteur contrôlé.

Pour plus d’informations, consultez How Does the Driver Board Affect Robot Motor Performance and Efficiency?

Pour comprendre plus largement les interactions entre le moteur, le variateur, le contrôleur et l’alimentation électrique, consultez Robotics Power System: How Does It Work?

Valider le moteur par rapport à l’ensemble du système robotique

Le moteur final doit être validé en tenant compte simultanément du couple, de la vitesse, de la puissance, de la taille, du poids, des performances thermiques, du retour d’information, de la commande et de l’intégration mécanique.

À ce stade, les ingénieurs doivent établir une liste restreinte de moteurs et comparer leurs spécifications dans les mêmes conditions de fonctionnement.

Une comparaison utile doit notamment inclure :

Cette comparaison au niveau du système permet d’éviter de sélectionner un moteur sur la base d’une seule spécification avantageuse tout en négligeant un autre paramètre susceptible de limiter les performances réelles du robot.

Exemple pratique : sélection d’un moteur pour l’articulation de l’épaule d’un robot humanoïde

La sélection d’un moteur pour l’articulation de l’épaule d’un robot humanoïde doit commencer par la masse totale du bras, la charge utile, le bras de levier, la vitesse requise de l’articulation et les exigences de mouvement dynamique. Ces facteurs peuvent ensuite être utilisés pour remonter jusqu’aux exigences de couple de l’actionneur et de vitesse de sortie.

Dans un système simplifié de membre supérieur humanoïde, l’articulation principale de tangage de l’épaule, appelée Joint 1, entraîne l’ensemble du bras situé en aval, y compris les autres actionneurs articulaires, les éléments structurels et la charge utile de l’effecteur terminal. Par conséquent, le Joint 1 peut être soumis à un couple gravitationnel important lorsque le bras est complètement déployé.

Supposons que le système présente les paramètres suivants :

• Masse totale du bras en aval : 2,8 kg

• Distance entre le centre de masse du bras et l’axe du Joint 1 : 0,32 m

• Charge utile de l’effecteur terminal : 2,0 kg

• Distance entre la charge utile et l’axe du Joint 1 : 0,65 m

• Vitesse requise de l’articulation : 120 tr/min

• Tension du système : 48 V CC

• Facteur de sécurité : 1,35

Étape 1 : Calculer le couple gravitationnel statique

Le couple gravitationnel maximal au niveau du Joint 1 se produit lorsque le bras est complètement déployé à l’horizontale.

Le couple gravitationnel généré par le bras lui-même est :

T_arm = m_arm × g × r_arm

En remplaçant par les valeurs données :

T_arm = 2,8 × 9,81 × 0,32 ≈ 8,79 N·m

Le couple gravitationnel généré par la charge utile de l’effecteur terminal est :

T_load = m_load × g × r_load

En remplaçant les valeurs :

T_load = 2,0 × 9,81 × 0,65 ≈ 12,75 N·m

Par conséquent, l’exigence simplifiée de couple statique pour le Joint 1 est :

T_static = 8,79 + 12,75 = 21,54 N·m

En d’autres termes, sans tenir compte de l’accélération dynamique ni des pertes mécaniques, l’articulation de l’épaule doit fournir environ 21,5 N·m de couple de maintien statique pour maintenir le bras complètement déployé en position horizontale.

Étape 2 : Prendre en compte les exigences de mouvement dynamique

Un robot humanoïde ne reste pas immobile pendant son fonctionnement normal. L’articulation de l’épaule doit accélérer, décélérer et changer de direction de manière répétée. L’exigence réelle de couple sera donc supérieure au seul couple gravitationnel.

Le couple dynamique peut être estimé à partir du moment d’inertie et de l’accélération angulaire du bras :

T_dynamic = J × α

où J représente le moment d’inertie en rotation du bras et de la charge utile autour de l’axe du Joint 1, et α représente l’accélération angulaire de l’articulation.

Dans une conception robotique réelle, le calcul doit également prendre en compte le rendement de la transmission, les frottements des roulements, les pertes du réducteur et les charges transitoires générées lors des mouvements rapides.

Par conséquent, 21,54 N·m doit être considéré comme l’exigence statique de référence et non comme la valeur finale de dimensionnement du moteur.

Pour un bras humanoïde haute performance, le couple de pointe réel doit être déterminé à partir du profil de mouvement complet, y compris les accélérations et décélérations requises.

Étape 3 : Appliquer un facteur de sécurité

Pour tenir compte des variations de charge, des conditions transitoires et des incertitudes liées au calcul simplifié, un facteur de sécurité peut être appliqué à l’exigence de couple statique.

En supposant un facteur de sécurité de 1,35 :

T_required = T_static × SF

Par conséquent :

T_required = 21,54 × 1,35 ≈ 29,08 N·m

Cela donne un couple de conception simplifié d’environ 29,1 N·m.

Cette valeur est destinée à cet exemple et ne doit pas remplacer une analyse dynamique complète dans une conception réelle de robot humanoïde. Si le bras doit accélérer rapidement, le couple de pointe doit toujours être calculé à partir du moment d’inertie et de l’accélération angulaire réels.

La sélection du moteur doit également évaluer séparément le couple continu et le couple de pointe. Un moteur dont le couple de pointe dépasse 29,1 N·m n’est pas nécessairement adapté s’il ne peut pas supporter en continu la charge statique sans dépasser ses limites thermiques.

Étape 4 : Déterminer la vitesse de sortie et le rapport de réduction requis

Supposons que le Joint 1 nécessite une vitesse de sortie cible de 120 tr/min.

Si le moteur fonctionne à environ 1 080 tr/min, le rapport de réduction théorique est :

Gear Ratio = Motor Speed ÷ Output Speed

Par conséquent :

Gear Ratio = 1 080 ÷ 120 = 9:1

Pour un actionneur à entraînement quasi direct (QDD), un rapport de réduction relativement faible peut fournir un couple de sortie élevé tout en conservant une bonne réactivité et une bonne réversibilité.

Cependant, le rapport de réduction réel doit être évalué conjointement avec la vitesse du moteur, le couple de sortie, le rendement de la transmission, l’inertie réfléchie, le jeu mécanique et la réversibilité.

Étape 5 : Comparer les actionneurs candidats

D’après les calculs ci-dessus, le Joint 1 nécessite environ 21,5 N·m de couple de maintien statique et une réserve de couple dynamique supérieure à 29,1 N·m dans le cadre des hypothèses simplifiées de conception.

Pour une application au niveau de l’épaule d’un robot humanoïde, les actionneurs candidats doivent être comparés en fonction de leur couple continu, de leur couple de pointe, de leur vitesse de sortie, de leur rapport de réduction, de leur poids, de leurs dimensions, de leur configuration de codeur et de leur architecture de commande.

Par exemple, le CubeMars AK10-9 V3.0 utilise une architecture QDD 9:1 et fournit jusqu’à 53 N·m de couple de pointe, ce qui dépasse l’exigence de conception en couple de pointe d’environ 29,1 N·m dans cet exemple simplifié.

Cependant, son couple nominal de 18 N·m est inférieur à l’exigence de couple de maintien statique calculée de 21,54 N·m. Il ne doit donc pas être sélectionné uniquement parce que son couple de pointe satisfait à l’exigence.

L’application réelle nécessiterait une évaluation supplémentaire du cycle de service continu, des performances thermiques, de la posture du robot, du profil de couple dynamique et des conditions de refroidissement.

Cela illustre un principe important dans la sélection des moteurs pour robots : le couple de pointe indique la capacité dynamique à court terme, tandis que le couple nominal ou continu détermine si l’actionneur peut maintenir une charge dans le temps. Les deux doivent être évalués séparément.

Étape 6 : Vérifier les exigences de taille, de poids et de retour d’information

Pour une articulation d’épaule humanoïde, le moteur doit non seulement répondre aux exigences de couple et de vitesse, mais également s’intégrer dans l’espace mécanique disponible et respecter le budget de poids.

L’ajout de masse au niveau de l’actionneur peut augmenter la charge que l’épaule et les articulations en amont doivent supporter, créant ainsi une boucle de rétroaction dans la conception mécanique. Un actionneur plus lourd peut nécessiter un couple plus élevé de la part des autres articulations, ce qui peut à son tour augmenter la taille et le poids requis de leurs actionneurs.

Les actionneurs candidats doivent donc être comparés selon plusieurs paramètres :

• Densité de couple

• Poids de l’actionneur

• Dimensions globales

• Configuration de l’arbre de sortie

• Rapport de réduction

• Configuration du codeur

• Réversibilité

• Performances thermiques

• Interface de communication

• Compatibilité du variateur

Pour les robots humanoïdes en particulier, une densité de couple élevée peut contribuer à réduire le poids de l’actionneur tout en maintenant les performances requises de l’articulation. Un bras plus léger réduit également le moment d’inertie en rotation du membre supérieur, ce qui peut améliorer la réactivité dynamique et réduire le couple requis pendant l’accélération.

Résumé

Le meilleur moteur pour robot n’est pas celui qui possède le couple le plus élevé, la vitesse la plus élevée ou la puissance nominale la plus importante, mais celui qui offre la combinaison appropriée de performances, d’intégration, d’efficacité, de commande et de fiabilité pour l’ensemble du système robotique.

Un processus de sélection fiable commence par l’application plutôt que par le catalogue de produits.

La séquence clé est la suivante :

Exigences du robot → Charge → Couple → Vitesse → Puissance → Rapport de réduction → Architecture moteur → Taille et poids → Retour d’information → Réversibilité → Performances thermiques → Compatibilité du variateur → Validation du système

Le respect de cette séquence aide les ingénieurs à éviter de surdimensionner le moteur, de négliger les limitations thermiques, de choisir un rapport de réduction inadapté ou de découvrir des problèmes d’intégration mécanique tardivement au cours du développement.

Pour les ingénieurs qui comparent des actionneurs robotiques haute performance, l’étape suivante consiste à évaluer les compromis entre les moteurs sans carcasse, les actionneurs QDD, les actionneurs intégrés et les autres architectures moteur en fonction des exigences spécifiques du robot.

Un moteur doit donc être sélectionné non pas comme un composant isolé, mais comme une partie intégrante du système de mouvement robotique complet.