Robotique hexapode

Un robot hexapode est un véhicule mécanique qui marche sur six jambes. Puisqu’un robot peut être statiquement stable sur trois jambes ou plus, un robot hexapode a beaucoup de flexibilité dans la façon dont il peut se déplacer. Si les jambes sont désactivées, le robot peut toujours marcher. De plus, toutes les jambes du robot ne sont pas nécessaires à la stabilité; les autres jambes sont libres d’atteindre de nouveaux emplacements de pied ou de manipuler une charge utile.

De nombreux robots hexapodes sont biologiquement inspirés par la locomotion Hexapoda. Les hexapodes peuvent être utilisés pour tester des théories biologiques sur la locomotion des insectes, le contrôle moteur et la neurobiologie.

Dessins
La conception des hexapodes varie selon la disposition des jambes. Les robots inspirés par les insectes sont généralement symétriques latéralement, comme le robot RiSE de Carnegie Mellon. Un hexapode à symétrie radiale est le robot ATHLETE (Explorateur extra-terrestre tout-terrain à pattes hexagonales) du JPL.

En règle générale, les jambes individuelles vont de deux à six degrés de liberté. Les pieds hexapodes sont généralement pointus, mais ils peuvent également être munis d’un adhésif pour aider à grimper aux murs ou aux roues afin que le robot puisse conduire rapidement lorsque le sol est plat.

Locomotion
Le plus souvent, les hexapodes sont contrôlés par des allures, ce qui permet au robot d’avancer, de tourner et même de faire un pas de côté. Certaines des démarches les plus courantes sont les suivantes:

Trépied alternant: 3 jambes sur le sol à la fois.
Quadrupède.
Ramper: ne bougez qu’une jambe à la fois.

Les Gaits pour les hexapodes sont souvent stables, même sur des terrains légèrement rocheux et accidentés.

Les mouvements peuvent également être non recommandés, ce qui signifie que la séquence des mouvements des jambes n’est pas fixe, mais choisie par l’ordinateur en réponse à l’environnement détecté. Cela peut être très utile sur un terrain très rocheux, mais les techniques existantes de planification des mouvements sont coûteuses en temps de calcul.

Biologiquement inspiré
Les insectes sont choisis comme modèles car leur système nerveux est plus simple que d’autres espèces animales. De plus, des comportements complexes peuvent être attribués à quelques neurones et la voie entre l’entrée sensorielle et la sortie motrice est relativement plus courte. Le comportement de marche des insectes et leur architecture neuronale sont utilisés pour améliorer la locomotion des robots. Inversement, les biologistes peuvent utiliser des robots hexapodes pour tester différentes hypothèses.

Les robots hexapodes d’inspiration biologique dépendent en grande partie des espèces d’insectes utilisées comme modèle. La blatte et le bâton sont les deux espèces d’insectes les plus couramment utilisées; les deux ont fait l’objet de nombreuses études éthologiques et neurophysiologiques. À l’heure actuelle, aucun système nerveux complet n’est connu. Par conséquent, les modèles combinent généralement différents modèles d’insectes, y compris ceux d’autres insectes.

La démarche des insectes est généralement obtenue par deux approches: l’architecture de contrôle centralisée et l’architecture de contrôle décentralisée. Les contrôleurs centralisés spécifient directement les transitions de tous les segments, alors que dans les architectures décentralisées, six nœuds (segments) sont connectés dans un réseau parallèle; les allures découlent de l’interaction entre les jambes voisines.

Coordination des pieds
Le terme “coordination du pied” désigne le mécanisme chargé de contrôler la transition entre les pas; considérant que le corps ne se retourne pas. La plupart des approches tentent de reproduire l’apparence d’insectes connus, par exemple la forme d’un trépied ou d’un tétrapode. Cependant, d’autres approches ont été utilisées pour trouver des rythmes stables; par exemple, en lançant des programmes utilisant des algorithmes génétiques ou en optimisant l’énergie de la marche.

Les modèles de déplacement des insectes sont généralement obtenus par deux approches: une architecture de contrôle centralisée et une architecture de contrôle décentralisée. Les contrôleurs centralisés spécifient directement les transitions de toutes les branches, alors que dans les architectures décentralisées, six nœuds (branches) sont connectés dans un réseau parallèle; les allures sont obtenues grâce à l’interaction entre les jambes voisines.

Contrôleur de la patte
Il n’y a pas de frontières à la complexité de la morphologie de la patte. Cependant, les pattes construites sur un modèle d’insecte ont généralement entre deux et six degrés de liberté. Les segments de pattes portent généralement le nom de leur contrepartie biologique, similaires pour la plupart des espèces. Du corps au bout de la patte, les segments portent les noms de coxa, fémur et tibia; généralement, les articulations entre le coxa et le fémur et entre le fémur et le tibia sont considérées comme de simples charnières. Les modèles d’articulation entre le corps et la coxa comportent entre un et trois degrés de liberté, en fonction de l’espèce et du segment thoracique sur lequel est enfermée la jambe.