Modélisation multi-domaine pour la conception de véhicules sans pilote

Fort d’une gamme de produits allant de matériels portatifs et économiques pour l’automatisation de la collecte de données hydrologiques environnementales (Kingfisher) à un véhicule terrestre sans pilote robuste et d’utilisation aisée pour le prototypage rapide (Husky), Clearpath Robotics imprime sa marque dans le domaine complexe et en plein essor de la robotique. Les roboticiens de Clearpath sont spécialisés dans la conception et le contrôle d’engins automatisés, et leurs véhicules sans pilote sont utilisés par certains des plus grands organismes techniques d’Amérique du Nord à des fins d’applications industrielles et militaires de pointe. Le logiciel de modélisation physique MapleSim permet à Clearpath Robotics de réaliser rapidement des simulations, grâce à ses capacités 3D multi-composants et multi-domaines.

L’un des plus grands défis auquel ils sont confrontés, étant donné les multiples facettes de leurs produits, c’est la conception et la modélisation des systèmes. « Chacun des systèmes interconnectés doit être modélisé individuellement puis intégré dans la conception finale, confie Ryan Gariepy, Directeur technique de Clearpath Robotics. Nous travaillons simultanément avec différents domaines et chacun des systèmes implique un gros travail de modélisation et de prototypage. MapleSim de Maplesoft est un outil extrêmement séduisant pour la modélisation de systèmes multi-domaines hautement performants, qui offre le potentiel de révolutionner nos méthodes de conception de robots ».

MapleSim est un logiciel de simulation et de modélisation physique haute performance de Maplesoft qui fait appel à un moteur de calcul très sophistiqué pour manipuler les mathématiques complexes qu’implique le développement de modèles d’ingénierie. MapleSim bénéficie d’un environnement de simulation et de modélisation multi-domaine intuitif comportant des systèmes mécaniques, électriques, thermiques et de flux de signaux.

Des robots éducatifs aux véhicules tout-terrain à systèmes de propulsion pourvus de réserves d’énergie et de différentes configurations cinématiques ainsi que d’actionneurs à transmissions de puissance, en passant par les charges utiles et les systèmes multi-terrain, l’équipe Clearpath affronte ses propres défis à chaque conception de robot. En outre, dans un souci d’optimisation et d’efficacité, les Ingénieurs s’efforcent constamment de consolider les modèles de tous les systèmes avec lesquels ils travaillent.

C’est sans compter avec les nouvelles tendances qui s’expriment dans l’industrie. Les robots des générations précédentes fonctionnaient en effet dans des conditions idéales, en intérieur sur sol béton ou carrelé, alors que les robots tout-terrain actuels opèrent dans le sable, la boue et l’eau. D’où la nécessité croissante d’intégrer dans les robots modernes des capacités de détection, traitement et communication. De plus, d’autres défis de mobilité se posent, comme par exemple l’équilibre à atteindre pour fournir au robot la capacité de contourner par des mouvements très rapides des obstacles sur une surface plane. Tous ces défis se traduisent par de nouvelles difficultés en matière de conception, de modélisation et bien entendu de performance. Ils requièrent un grand nombre de modèles complexes avec plusieurs itérations de conception, qui entravent la capacité des ingénieurs à explorer de nouvelles voies d’analyse des coûts, de modélisation et de conception.

MapleSim est en raison de son exceptionnelle dynamique multicorps 3D et de ses capacités de modélisation multi-domaine un partenaire essentiel qui contribue à relever ces défis. « Même si nous travaillons avec d’autres outils comme MATLAB^® et Simulink^®, ces derniers demandent toujours à être couplés manuellement à nos modèles et nos processus de conception, explique Ryan Gariepy. L’utilisation de ces outils-là implique pour nous d’avoir des experts de chaque domaine pour s’occuper de chaque composant particulier. Avec MapleSim, nous pouvons lever ces obstacles. Chacun est capable de travailler sur un seul modèle. Voilà pourquoi nous sommes emballés par MapleSim ».

Les roboticiens de Clearpath doivent régulièrement concevoir des robots répondant à un ensemble d’exigences inédites : conditions de surfaces diverses, dimensions et formes de robots variées, critères de performances différents. Etant donné que les modèles MapleSim peuvent être hautement paramétrés, MapleSim leur fournit un environnement idéal de prototypage rapide pour la création de nouvelles conceptions. Les roboticiens construisent des modèles de base dans lesquels de nombreux éléments, auxquels serait habituellement assignés des valeurs fixes, sont véritablement implémentés en tant que paramètres symboliques. Ils ont ainsi la possibilité d’explorer les effets liés à la modification de ces éléments de conception sans avoir besoin de créer un nouveau modèle. Grâce à ces modèles de base, ils peuvent ajuster les paramètres pour satisfaire aux nouvelles conditions et trouver aussitôt un point de départ pour la nouvelle conception, pour ensuite l’affiner davantage.

« Les modèles MapleSim ont moins d’équations que les autres. Grâce à son approche symbolique, MapleSim se charge du travail fastidieux et effectue les calculs très rapidement. C’est tout cela que nous recherchons dans un outil », conclut Ryan Gariepy.

MATLAB et Simulink sont des marques déposées de The MathWorks, Inc.

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