Base de connaissances

Lhommeau, P. (2025). Embrayages magnétorhéologiques miniatures par fabrication additive. Thèse.

Les systèmes robotiques sont omniprésents dans notre société, et ne se contentent plus de se retrouver dans des usines ou lignes d’assemblage. Les avancées en électronique et en informatique permettent à un robot de recueillir des informations sur son environnement et les traiter en temps réel pour décider de ses actions. Dans des environnements fragiles ou incertains, les actionneurs doivent être capables de réagir rapidement à des éléments imprévus, tout en restant sécuritaires pour leur entourage. Les actionneurs électriques intégrant des embrayages magnétorhéologiques (MR) ont démontré leur bonne réactivité et leur excellente capacité d’interaction humain-robot, grâce au découplage de l’inertie et de la friction des moteurs. Ainsi, leur transparence est propice aux applications nécessitant des actionneurs haptiques pour des retours de force ou des manipulations de l’actionneur. On pourrait envisager des applications en téléopération ou en réhabilitation, là où une bonne transparence est essentielle au travail des spécialistes. Le besoin de miniaturiser de cette technologie se fait ressentir à la fois pour des applications à plus petite échelle comme des mains robotiques haptiques, ou pour des applications à haute densité de couple dans des actionneurs à haut rapport de réduction. Il est nécessaire de développer des embrayages MR miniatures pour améliorer leur capacité d’intégration dans des systèmes mécaniques complexes à petite échelle. Mais la miniaturisation d’un système mécanique n’est pas évidente avec des procédés de fabrication conventionnels, car on se heurte rapidement à la complexité et au prix des usinages précis à si petite échelle. Cette limite pourrait être franchie grâce aux récentes avancées dans le domaine de la fabrication additive, permettant d’imprimer des pièces à petite échelle de haute précision et permettant des géométries jusque-là impossibles à réaliser avec des procédés d’usinage conventionnels. Cette thèse a donc pour objectif d’évaluer la faisabilité et la pertinence d’utiliser un procédé de fabrication additive pour simplifier la miniaturisation d’embrayages MR. Un embrayage MR est fabriqué et testé, intégrant les avantages et défis de la fabrication additive. L’embrayage développé pèse seulement 85 g pour un couple de 0.55 N‧m dans le but d’être intégré dans un actionneur robotique à haut rapport de réduction (120:1). La caractérisation expérimentale de l’actionneur l’a montré très propice à des applications à haute densité de puissance, mais avec d’excellentes capacités haptiques. L’actionneur de 1.3 kg démontre un couple maximal de 110 N‧m et n’oppose que 1 % de ce couple pour le rétroentraîner en boucle ouverte, grâce à la faible inertie et friction des embrayages imprimés 3D. Les défis reliés à l’impression 3D d’un embrayage MR sont identifiés et les différentes stratégies utilisées pour les contourner sont présentées. L’impression 3D métal a donc prouvé sa pertinence pour la fabrication d’actionneurs MR miniatures, mais certains défis doivent être relevés avant d’être envisagée en production.

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