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02
'11
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MAPLESOFT
Les outils MapleSim et Maple sont utilisés pour les projets de recherche avancée du laboratoire d’Automatisation, Robotique et Mécatronique (ARM) de l’Université d’Etat de Buffalo (USA)
Le Laboratoire d'Automatisation, Robotique et Mécatronique (http://mechatronics.eng.buffalo.edu) est un laboratoire de recherche du Département d’Ingénierie Mécanique et Aérospatiale de l’Ecole d’Ingénierie & Sciences Appliquées de l’Université d’Etat de Buffalo (état de New-York, USA). Le laboratoire associe les connaissances approfondies en théorie mathématique à la validation expérimentale pour développer une nouvelle génération de systèmes mécaniques et mécatroniques intelligents. Les travaux portent sur des projets de dispositifs tactiles pour des simulations chirurgicales et musculo-squelettiques visant à améliorer l’interaction homme-machine, le transport de charge coopérative au moyen de collectifs de robots et de robots à roues omnidirectionnelles. Plusieurs de ces projets de recherche ont débouché directement sur la création de dispositifs vendus dans le commerce, qui sont utilisés par la suite dans les laboratoires du monde entier à des fins d’enseignement et de travaux de recherche supplémentaires.
Comme la plupart de leurs projets démarrent par une analyse approfondie des mathématiques sous-jacentes du système, le laboratoire ARM a besoin d’outils de développement et d’analyse des équations mathématiques. Maple et MapleSim ont été choisis comme principaux outils pour exécuter les tâches en question. Le Dr Venkat Krovi, directeur du laboratoire ARM, trouve l’approche symbolique inestimable pour leurs travaux : « Symboliquement, l’exécution de ces calculs permet de développer des solutions exactes, de forme fermée. Nous n’avons pas à nous soucier des erreurs accumulées dans nos calculs numériques. Plus important encore, sans doute, avec les équations mathématiques exactes, nous pouvons identifier des singularités, effectuer des ajustements paramétriques de conception et optimiser les stratégies de contrôle sur la base d’une modélisation en temps réel ».
L’un des projets de recherche du laboratoire ARM impliquait l’étude des simulations cinématiques et dynamiques de manipulateurs type 6-Prismatique-Universel-Sphérique (6-P-U-S) à 6 degrés de liberté. Ce type de manipulateur réunit une plate-forme mobile et une embase fixe qui sont interconnectées par plusieurs pieds. Au cours de leurs recherches, le Dr. Krovi et son équipe ont analysé un manipulateur universel 6 DOF 6-P-U-S. Ils ont utilisé Maple et MapleSim pour générer automatiquement les équations gouvernantes et effectué l’analyse cinématique de ces équations avec Maple. En partant de ces équations générales, des équations spécifiques furent extraites du système général, correspondant à une architecture particulière dotée de propriétés bénéfiques : conception structurale supérieure, offrant un minimum de singularités internes au sein de l’espace de travail. Ils purent ensuite analyser l’espace de travail de tels manipulateurs à architecture parallèle, en ayant pour objectif primordial d’optimiser les géométries et paramètres corrélés pour améliorer l’espace de travail global et les autres mesures de performances géométriques retenues se rapportant à l’espace de travail.
Le Dr Krovi et son équipe ont ensuite collaboré avec Quanser Consulting Inc., leader mondial de la conception et de la fabrication de systèmes avancés pour le développement et l’implémentation de commandes en temps réel, afin de créer un prototype physique du manipulateur à bras parallèle correspondant à la conception réalisée à partir d’équations cinématiques et dynamiques spécifiques. Quanser a également fait appel aux capacités de modélisation et simulation de MapleSim lors du processus final de conception et de développement. La plate-forme mobile 6 DOF, appelée Hexapod, fait désormais partie de la collection de commandes mécatroniques de Quanser et peut être utilisée pour différentes applications, notamment les études vibratoires, les simulations de tremblements de terre et les simulations de vol. Le Dr Krovi utilise toujours l’Hexapod, en tant que chercheur et enseignant, ainsi que MapleSim et Maple pour ses projets de recherche en cours au Labo ARM.
Comme la plupart de leurs projets démarrent par une analyse approfondie des mathématiques sous-jacentes du système, le laboratoire ARM a besoin d’outils de développement et d’analyse des équations mathématiques. Maple et MapleSim ont été choisis comme principaux outils pour exécuter les tâches en question. Le Dr Venkat Krovi, directeur du laboratoire ARM, trouve l’approche symbolique inestimable pour leurs travaux : « Symboliquement, l’exécution de ces calculs permet de développer des solutions exactes, de forme fermée. Nous n’avons pas à nous soucier des erreurs accumulées dans nos calculs numériques. Plus important encore, sans doute, avec les équations mathématiques exactes, nous pouvons identifier des singularités, effectuer des ajustements paramétriques de conception et optimiser les stratégies de contrôle sur la base d’une modélisation en temps réel ».
L’un des projets de recherche du laboratoire ARM impliquait l’étude des simulations cinématiques et dynamiques de manipulateurs type 6-Prismatique-Universel-Sphérique (6-P-U-S) à 6 degrés de liberté. Ce type de manipulateur réunit une plate-forme mobile et une embase fixe qui sont interconnectées par plusieurs pieds. Au cours de leurs recherches, le Dr. Krovi et son équipe ont analysé un manipulateur universel 6 DOF 6-P-U-S. Ils ont utilisé Maple et MapleSim pour générer automatiquement les équations gouvernantes et effectué l’analyse cinématique de ces équations avec Maple. En partant de ces équations générales, des équations spécifiques furent extraites du système général, correspondant à une architecture particulière dotée de propriétés bénéfiques : conception structurale supérieure, offrant un minimum de singularités internes au sein de l’espace de travail. Ils purent ensuite analyser l’espace de travail de tels manipulateurs à architecture parallèle, en ayant pour objectif primordial d’optimiser les géométries et paramètres corrélés pour améliorer l’espace de travail global et les autres mesures de performances géométriques retenues se rapportant à l’espace de travail.
Le Dr Krovi et son équipe ont ensuite collaboré avec Quanser Consulting Inc., leader mondial de la conception et de la fabrication de systèmes avancés pour le développement et l’implémentation de commandes en temps réel, afin de créer un prototype physique du manipulateur à bras parallèle correspondant à la conception réalisée à partir d’équations cinématiques et dynamiques spécifiques. Quanser a également fait appel aux capacités de modélisation et simulation de MapleSim lors du processus final de conception et de développement. La plate-forme mobile 6 DOF, appelée Hexapod, fait désormais partie de la collection de commandes mécatroniques de Quanser et peut être utilisée pour différentes applications, notamment les études vibratoires, les simulations de tremblements de terre et les simulations de vol. Le Dr Krovi utilise toujours l’Hexapod, en tant que chercheur et enseignant, ainsi que MapleSim et Maple pour ses projets de recherche en cours au Labo ARM.
