Conception d'un robot sauteur dédié à l'exploration planétaire et utilisant les fluctuations de température quotidiennes comme source de puissance

摘要

L'intérêt porté par les agences spatiales du monde entier à l'exploration planétaire a grandement augmenté au cours de la dernière décennie. Par contre, les coûts reliés à ce genre de mission sont très élevés et il est difficile pour plusieurs agences spatiales d'y participer étant donné l'absence de fonds suffisants pour financer les mégas missions auxquelles la NASA nous a habitués. C'est pour cette raison que l'agence spatiale canadienne a décidé d'explorer la faisabilité de micromissions d'exploration planétaire. Le Canada voit dans ces missions de moins grandes envergures, une façon de participer plus activement à l'exploration d'autres planètes tout en réduisant les coûts qui y sont associés et en faisant une contribution complémentaire aux autres programmes internationaux.ududLe présent ouvrage traite de la conception mécanique d'un prototype de robot sauteur destiné à l'exploration de planètes ayant un environnement gravitationnel faible (Mars, par exemple). Ce robot utilise les variations de température à la surface de Mars comme source d'énergie. Pour ce faire, une approche systématique a été préconisée en établissant un cahier de charge. Par la suite, une recherche a été faite sur ce sujet et différents concepts potentiels ont été évalués. Les différents sous-systèmes, en commençant par ceux qui ont le plus d'impact sur la conception finale, ont été décortiqués. Les mécanismes les plus importants ou ceux étant considérés comme étant les plus risqués ont été fabriqués et mis à l'essai avant de poursuivre la conception des autres éléments.ududLes principaux mécanismes nécessaires à la locomotion du robot ainsi que les pièces agissant à titre structurel ont donc été conçus. Un mécanisme "innovateur" à ciseaux cylindrique servant à transférer l'énergie nécessaire au saut a été conçu, fabriqué et testé. De plus, un actionneur à alliage à mémoire de forme (AMF) fonctionnant avec la chaleur du soleil a été conçu et un prototype de ce dernier a été mis à l'essai. Le concept de robot présente les caractéristiques suivantes: un seul et unique actionneur sert à emmagasiner l'énergie nécessaire au saut et à repositionner le robot sur ses pieds après l'exécution d'un saut. La structure du robot, en forme de tétraèdre, s'insère dans une enveloppe cubique de 300 mm de côté ce qui lui confère le statut de microrobot. Le concept proposé tire avantage de l'environnement martien. En effet, la faible gravité et la faible densité atmosphérique favorisent le saut comme moyen de locomotion, alors que le gradient de température (jour versus nuit) élevé à la surface de Mars favorise l'élongation de l'actionneur AMF. L'action de sauter permet au robot de s'aventurer en terrain très accidenté en sautant par-dessus les obstacles.ududCe mémoire, basé sur un développement expérimental, présente les éléments importants d'une conception mécanique préliminaire sans toutefois couvrir tous les aspects qu'une conception complète et finale nécessiterait. En effet, pour faire suite à ce travail, il fraudrait approfondir les analyses structurelles validant que tous les éléments tolèrent l'impact à l'atterrissage. Il faudrait vérifier l'effet des distorsions thermo-élastiques dans les mécanismes, simuler, de façon plus précise, la friction dans les joints, et procéder à une optimisation de la structure afin de réduire la masse totale du système.