Glossaire

Cinématique parallèle : définition, avantages et exemples

Nico Nuss 0
KI-generierte Symbolaufnahme: Ingenieur erklärt eine parallelkinematische Hexapod-Plattform [Contenu visuel créé avec l’IA]

Cinématique parallèledécrit une structure de robot ou de machine dans laquelle plusieurs chaînes cinématiques guident simultanément une plateforme mobile. Contrairement à un bras de robot classique, les articulations ne sont pas les unes derrière les autres. Plusieurs entretoises ou bras relient la base fixe à l’élément mobile et se partagent la tâche de déterminer sa position et son orientation.

Qu’est-ce que la cinématique parallèle ?

Les cinématiques parallèles ont des chaînes cinématiques fermées. La plateforme mobile – souvent appelée plateforme effectrice terminale – est reliée à la base via plusieurs chaînes indépendantes. Chaque brin est constitué d’articulations, de maillons et, selon la structure, d’un ou plusieurs entraînements actifs. Tous les entraînements doivent fonctionner en coordination pour que la plateforme exécute le mouvement souhaité.

Les conceptions typiques sont :Robot Deltapour les tâches de sélection et de placement rapides ainsi que pour les hexapodes ou les plates-formes Stewart, où six entretoises réglables peuvent déplacer une plate-forme dans l’espace. La cinématique parallèle n’est donc pas un type unique de robot, mais plutôt un principe de conception avec différentes géométries et degrés de liberté.

En quoi la cinématique parallèle diffère-t-elle de la cinématique sérielle ?

Dans la cinématique sérielle, une articulation suit la suivante : le mouvement du dernier maillon dépend de tous les axes précédents. Un robot articulé classique en est un exemple typique. Cependant, avec une cinématique parallèle, plusieurs chemins mènent de la base à la plate-forme. Cela modifie considérablement le flux de force, la rigidité, le contrôle et l’espace de travail.

fonctionnalité Cinématique parallèle Cinématique série
structure Plusieurs chaînes fermées animent une plateforme. Chaîne ouverte : les articulations et les maillons se trouvent les uns derrière les autres.
Répartition des forces et des charges Les charges peuvent être réparties sur plusieurs brins. Les axes plus éloignés portent souvent les liens suivants.
Masse en mouvement Les lecteurs peuvent être proches de la base ; qui peut favoriser la dynamique. Les moteurs et les boîtes de vitesses se déplacent avec vous en fonction de la structure.
espace de travail Souvent plus limité et fortement dépendant de la géométrie. Souvent accessible de manière plus flexible, en fonction du bras du robot.
pilotage La géométrie, les couplages et les singularités nécessitent une attention particulière. La structure de la chaîne est souvent plus intuitive à modéliser.

La comparaison n’est pas un classement général. La structure la mieux adaptée dépend de la tâche, de la charge, de l’accélération, de l’espace d’installation, de la précision requise et du concept de sécurité. Les bases de l’autre conception sont expliquées dans l’articlecinématique en série.

Pourquoi la cinématique parallèle peut-elle être précise et dynamique ?

Plusieurs volets soutiennent la plateforme en même temps. Cela permet à la structure d’être rigide dans les zones de travail adaptées et de permettre des accélérations élevées. Dans de nombreuses conceptions, les entraînements lourds restent à la base tandis que seules les entretoises et la plate-forme sont déplacées. Cela réduit la masse en mouvement et peut prendre en charge des mouvements rapides et répétables.

Toutefois, ces propriétés ne surviennent pas automatiquement. Le jeu des articulations, l’élasticité des entretoises, l’étalonnage, le contrôle, les changements de charge et la géométrie spécifique influencent la précision qui peut réellement être obtenue. Même un mécanisme précis nécessite des capteurs, un contrôle approprié et une validation en conditions réelles.

Le rôle des degrés de liberté et de l’effecteur final

Degrés de libertédécrire les mouvements indépendants qu’une plateforme peut effectuer : déplacements le long des axes spatiaux et rotations autour de ces axes. Selon sa conception, un hexapode peut offrir six degrés de liberté. Un robot delta, en revanche, est souvent conçu pour des mouvements de translation rapides et peut être complété par des axes supplémentaires.

Ce que la machine traite ou saisit réellement à la fin est pris en chargeEffecteur final. Sa masse, le cheminement des câbles et les forces du processus doivent être pris en compte lors de la conception. Plus d’informations sur la façon dont les options de mouvement d’un robot sont comptées peuvent être trouvées dans le glossaire.Degrés de liberté (DoF).

Où la cinématique parallèle est-elle utilisée ?

Les systèmes cinématiques parallèles sont utilisés lorsqu’un mouvement clairement défini doit être effectué de manière rapide, rigide ou précise. Les exemples sont :

  • Pick-and-place dans les domaines de l’emballage, de l’assemblage et de la technologie alimentaire, par exemple avec les robots Delta
  • Systèmes de positionnement et de test
  • Simulateurs de vol et plateformes de mouvement
  • Machines-outils et systèmes d’usinage, par exemple avec des hexapodes ou des pentapodes
  • Tâches spécialisées de positionnement médical et optique

Frontières : espace de travail, collisions et singularités

La cinématique parallèle entraîne des défis de conception. Les entretoises peuvent gêner les unes les autres ou gêner l’environnement ; L’espace de travail utilisable est donc souvent plus complexe qu’avec un bras robotisé. Il existe également des singularités : des configurations dans lesquelles de petits mouvements ou forces peuvent conduire à des effets difficiles à contrôler ou la plateforme perd une direction de mouvement. Ces domaines doivent déjà être pris en compte lors de la conception, de la planification des itinéraires et du contrôle. Pour comparer le marché, l’Atlas de la robotique propose une vue structurée des fabricants et des plateformes.

La cinématique avant peut également être exigeante. Alors que la tâche inverse – déterminer les valeurs d’entraînement requises à partir d’une pose de plate-forme souhaitée – est souvent facile à gérer pour une machine spécifique, le calcul de la pose de plate-forme à partir de supports communs peut nécessiter plusieurs solutions ou efforts numériques. C’est pourquoi l’étalonnage, les tests de collision et la surveillance des zones frontalières font partie de l’exploitation pratique.

LeFraunhofer IEMdécrit les systèmes cinématiques parallèles comme plusieursActionneurs, qui guident une plateforme vers des mouvements précis et rapides. LeFraunhofer IWUmontre l’utilisation du principe dans les machines-outils et explique le lien entre une faible masse en mouvement, la vitesse et l’accélération.

Conclusion

Une cinématique parallèle guide une plateforme mobile sur plusieurs chaînes fermées. S’il est conçu de manière appropriée, il peut permettre une dynamique et une rigidité élevées, mais impose des exigences élevées en termes de géométrie, de contrôle et de sécurité. Pour des tâches de mouvement clairement définies, rapides ou précises, il s’agit d’une alternative intéressante à la cinématique en série – et non d’un remplacement global.

Questions fréquemment posées sur la cinématique parallèle

Qu’est-ce que la cinématique parallèle expliquée simplement ?

Plusieurs bras ou entretoises mécaniques déplacent et guident ensemble une plate-forme. Ils travaillent en parallèle plutôt que comme une seule chaîne les uns derrière les autres.

Quelle est la différence entre la cinématique parallèle et sérielle ?

Avec la cinématique série, les articulations suivent une chaîne ouverte. Avec une cinématique parallèle, plusieurs chaînes fermées relient la base à une plateforme commune.

Qu’est-ce qu’un hexapode ?

Un hexapode est une cinématique parallèle commune avec six entretoises réglables qui peuvent positionner et orienter spatialement une plate-forme.

Pourquoi les robots Delta sont-ils si rapides ?

Dans de nombreux robots Delta, les entraînements restent proches de la base. Les pièces mobiles peuvent donc être légères, ce qui favorise les fortes accélérations.

La cinématique parallèle présente-t-elle des inconvénients ?

Oui. L’espace de travail, les collisions et les singularités peuvent limiter l’utilisation. La conception et le contrôle dépendent fortement de la géométrie respective.

Où la cinématique parallèle est-elle utilisée ?

Il est utilisé, entre autres, dans les systèmes de placement rapide, les systèmes de positionnement et de test, les simulateurs et les machines-outils.

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