Nous suivre Industrie Techno

Les surdoués de la mécatronique

CHARLES FOUCAULT cfoucault@industrie-technologies.com

Sujets relatifs :

De l'automobile à la domotique, la mécatronique a déjà conquis de nombreux secteurs d'application. Elle en a même favorisé l'émergence de nouveaux, comme la robotique de service. Et elle se cache dans des produits où on ne soupçonne pas son utilisation. Tour de six domaines clés d'application, métamorphosés par la mécatronique.

DANS L'AUTOMOBILE

Ils portent les innovations

Il y a 15 ans, avec l'invention des roulements capteurs par SNR, la mécatronique sortait des laboratoires pour devenir un objet de production de grande série. De cette technologie, placée sur l'axe de la roue, est né le système de freinage ABS, aujourd'hui de série sur 90 % des voitures en Europe. Depuis, les systèmes mécatroniques se sont multipliés, notamment au service de l'efficacité du moteur et de la dépollution. Les vannes EGR, qui renvoient une partie des gaz d'échappement vers l'admission à vitesse stable (peu besoin d'oxygène), sur les moteurs Diesel, en sont un exemple. Tout comme le système de régulation de l'admission d'air dans les moteurs à essence qui passe, non plus par un câble relié à la pédale, mais par des capteurs de position et de force sur celle-ci. De ce développement sont également nées les technologies de démarrage rapide après arrêt dites stop and start. Cependant, la plupart de ces systèmes n'intègrent pas l'intelligence de commande qui reste concentrée dans le calculateur de contrôle du moteur central, pour des raisons tant économiques que techniques (vibration, température, saleté). « Le turbo électrique du moteur de la 4 007 et du C-Crosser dispose d'une intelligence intégrée mais il fait figure d'exception », confirme Marc-Alain Daumas, spécialiste de la filière mécatronique chez PSA Peugeot Citroën. L'avenir sera certainement dans le positionnement de direction sans transmission mécanique, qui existe déjà dans les chariots élévateurs, dans certains engins de BTP et tracteurs et dans la voiture automatisée.

DANS LES TECHNOLOGIES DE PRODUCTION

Ils régissent la précision

En intégrant la partie commande et la partie entraînement, la mécatronique a simplifié le paramétrage des actionneurs linéaires que l'on retrouve notamment sur les machines d'assemblage, pour le transfert de pièces. Aussi simples de mise en oeuvre que les vérins pneumatiques, les actionneurs électriques comme ceux de la série E-MY2 de SMC, CSAM de SKF ou EMC de Rexroth, peuvent faire des arrêts intermédiaires. Les réglages de la vitesse et de l'accélération gagnent aussi en précision. L'intégration de capteurs de charge sur les axes des machines outils permet de repérer et caractériser un éventuel balourd via l'amplitude des efforts subis lorsqu'une pièce est en rotation. La société Siam Ringspann a, de son côté, développé des freins à disques pour l'arrêt d'urgence de l'inertie des machines tournantes. Des capteurs remontent des informations d'ouverture et de fermeture, d'autres indiquent l'état d'usure de freins. Une alarme électrique est lancée lorsqu'ils sont usés. Digilac, petite entreprise savoyarde d'ingénierie en mécatronique créée en 2003, a, elle, développé un motoréducteur avec limitation de couple informatique. « La solution est répétable et n'implique pas d'embrayage ni aucune pièce d'usure, son coût est donc infiniment réduit », explique Pascal Bultel, dirigeant de l'entreprise.

DANS L'ÉNERGIE

Ils optimisent le rendement

Pour pallier l'absence d'opérateur à proximité, les turbines d'éoliennes ont besoin de systèmes de maintenance prédictive. Ainsi, l'entreprise Simrit a développé pour ce secteur un joint d'étanchéité mécatronique à placer autour de l'arbre du réducteur. Une sorte de buvard inséré entre les deux lèvres d'étanchéité change de couleur en cas de sortie d'huile ou d'entrée d'eau. Un capteur colorimétrique intégré décèle cette modification et envoie une alerte par SMS ou e-mail en cas de fuite. De son côté SKF travaille sur deux composants visant à optimiser automatiquement le fonctionnement des éoliennes : un frein à disque qui bloquerait les pâles par grand vent et un vérin électrique capable de les orienter afin d'avoir plus ou moins de prise à l'air. Dans le solaire aussi, la mécatronique a le vent en poupe : l'intelligence embarquée dans les trackers portant les panneaux solaires de Soitec prédit en continu la position optimale en fonction de la course du soleil et de la puissance électrique de sortie. Elle envoie les ordres au moteur qui génère une rotation plaçant les panneaux avec une précision de 0,1 degré.

MINIATURISATION

Usines de poche

Avec la mécatronique apparaissent des usines de la taille d'une imprimante appelées desktop factories, ou micro factories au Japon. La start-up suisse Asyril, essaimée en 2007 du Centre suisse d'électronique et microtechnique, propose par exemple un système de distribution de petits composants en vrac de moins d'un demi-mètre cube. Les petites pièces arrivent sur une plaque par vibration. Statistiquement quelques pièces seront dans le bon sens pour être aspirées par le mini-robot delta. Un système de vision les repère et donne l'ordre au préhenseur d'en récupérer une. Si aucune n'est bien orientée, l'intelligence refait vibrer la plaque. La technologie, arrivée déjà dans l'horlogerie et le médical, intéresse l'industrie des semi-conducteurs. Dans ce domaine, l'Institut national japonais des sciences et des technologies industrielles avancées (AIST), à Tsukuba (Japon), est en charge du projet Minimal fab. Quinze équipements d'une taille maximale de 30 x 30 x 140 cm seront mis bout à bout pour fabriquer, automatiquement, des circuits intégrés en petites séries, répondant à des besoins spécifiques.

DANS LA ROBOTIQUE

Ils se plient aux ordres

Le boom annoncé des robots domestiques est intimement lié à la progression de la mécatronique, surtout au niveau des articulations. À travers les genoux, les coudes et tout ce qui se meut, il faut pouvoir faire passer des données et de la puissance.

Aldebaran Robotics, la société française à l'origine du petit robot humanoïde Nao, a opté pour des circuits imprimés (PCB) flexibles pour relayer ces signaux de carte électronique en carte électronique. Pour animer les 25 degrés de liberté de Nao, une cinquantaine de cartes électroniques possèdent chacune un système embarqué en plus du microprocesseur général Intel Atom à 1,6 GHz situé dans la tête du robot. Le programme en charge, par exemple, du déplacement de l'avant-bras commande le servomoteur qui entraîne une chaîne d'engrenage planétaire agissant directement sur la coque en plastique du bras, pourvue de dents. Il prend en compte les points de départ et d'arrivée, le temps de déplacement, la masse du bras et de celle de la charge qu'il porte. « En envoyant des petites impulsions plutôt que du courant continu, on peut diviser par deux l'échauffement et multiplier d'au moins autant la durée d'utilisation du moteur », explique Vincent Clerc, responsable mécatronique de la start-up. Les perturbations électromagnétiques, dues au courant pulsé, sont aussi prises en compte dans le calcul. Les actionneurs ainsi développés sont spécifiques. Ils ont la forme d'un bras, d'une jambe...

DANS LES ÉQUIPEMENTS DOMESTIQUES

Ils se surpassent dans les réglages

En plus des anémomètres classiquement utilisés, Somfy a incorporé un accéléromètre au bout de ses stores. Il mesure leur mouvement dans les trois dimensions et envoie ces données par radio. Un récepteur et un microcontrôleur adjoints au moteur électrique traitent ces informations et donnent l'ordre de remontée si nécessaire. À l'intérieur de la maison, la mécatronique c'est plutôt de la mécanique qui contrôle l'électronique. Ainsi, les timers des derniers autocuiseurs de Seb sont régulés mécaniquement : le réglage d'un programme correspond à la compression plus ou moins importante d'un ressort qui va se détendre avec la montée en pression. Un capteur magnétique de position sur ce ressort et un capteur de température, sont reliés au microcontrôleur qui gère le temps de cuisson et l'affichage utilisateur.

DANS LES PROTHÈSES

Ils font triompher l'autonomie

Secteur très avide de mécatronique, le médical en a même fait une discipline : la biomécatronique. Le docteur Hugh Herr, directeur du groupe biomécatronique du Media Laboratory du MIT, fondateur et directeur de la technologie de l'entreprise iWalk, en est l'égérie. Le PowerFoot Biom, développé par sa société remplace le pied, la cheville et le mollet. Un moteur électrique, alimenté par l'énergie récoltée lors du mouvement du patient, actionne des ressorts. Il est asservi à un microprocesseur. En fonction des 250 informations envoyées par une douzaine de capteurs, ce dernier calcule la position et la vitesse du pied. Capable de déceler la trajectoire désirée ainsi que l'instabilité et la pente du sol, il applique, lorsqu'il le touche, une poussée offrant une démarche naturelle à une personne amputée. Hugh Herr lui-même fut le premier cobaye.

vous lisez un article d'Industries & Technologies N°0939

Découvrir les articles de ce numéro Consultez les archives 2011 d'Industries & Technologies

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies

Nous vous recommandons

[Pas à pas] Comment tirer parti de la réalité augmentée dans votre usine

[Pas à pas] Comment tirer parti de la réalité augmentée dans votre usine

Profitant des formidables progrès de l'informatique embarquée et de l'essor de l'usine 4.0, les exemples d'applications[…]

Stockae stationnaire : l'avenir est à l'hybridation

Stockae stationnaire : l'avenir est à l'hybridation

LES DONNÉES, CLÉ DE VOÛTE DE LA DOMOTIQUE

LES DONNÉES, CLÉ DE VOÛTE DE LA DOMOTIQUE

Bâtiments intelligents : des économies du sol au plafond

Bâtiments intelligents : des économies du sol au plafond

Plus d'articles