Conception d'un micro robot à actionneur électropneumatique pour l'inspection intratubulaire
par Cédric Anthierens
Thèse de doctorat en Automatique industrielle
Sous la direction de Maurice Bétemps.
Soutenue en 1999
à Lyon, INSA , en partenariat avec LAI - Laboratoire d'Automatique Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .
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Résumé
La micro robotique comme les micro systèmes en tout genre (micro capteur, micro électronique. . . ) se développent de plus en plus pour intégrer notre quotidien. Les domaines de pointe (médical, défense. . . ) ne sont plus les seuls concernés, car les micro systèmes atteignet la grande consommation (micro capteurs et actionneurs pour l'automobile). La création de nouveaux systèmes et en particulier de nouveaux micro actionneurs permet de conquérir de nouvelles applications. La maintenance nucléaire est entre autres un de ces domaines. En effet, par exemple l'inspection de tuyaux et conduites doit faire appel à des systèmes de petites dimensions. Notre étude s'est basée sur la conception d'un micro robot à actionneur électropneumatique pour l'inspection intratubulaire. L'environnement des générateurs de vapeur est hostile et impose au robot de se déplacer dans des tubes verticaux de 17 mm de diamètre. La conception originale du micro robot du type "inchworm" est axée sur un actionneur à soufflets métalliques qui présente l'avantage de posséder un très bon rapport puissance / volume. De plus, cet actionneur de par sa conception n'engendre que de très faibles frottements durant son fonctionnant, ce qui lui procure une bonne précision de positionnement. Le système développé au LAI a été modélisé et testé aux niveaux de ses modules de blocage aux parois et de son module d'allongement. La simulation confirme les performances escomptées lors de la conception. Le robot est capable de transporter une charge supérieure à 1 kilogramme à l'intérieur d'un tube réel de centrale nucléaire. Sa précision de positionnement sur une course de 90 mm est inférieure à 60 µm. La commande utilisée pour parvenir à ces réultats utilise un correcteur PID. En perspective afin d'élargir et d'améliorer ces performances, une commande par retour d'états sera sans doute à envisager.
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Titre traduit
Design of a microrobot with electropneumatic actuator for in-pipe inspection.
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Résumé
Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) integrate many current products and are not only the concern of military defense or medicine. Nowadays micro actuators are diversified by using different kind of energy, and creating different motions. Several applications require small systems to inspect confined and hostile places. Vapour generators in nuclear plants are composed with 3000 to 5000 vertical pipes of 17 mm diameter. These pipes endure high mechanical constraints and have to be inspected to detect eventual cracks. Our study is based on the design, modeling and implementation of a microrobot enable to move up and carry sensors in these pipes. It moves as an inchworm and then is cornposed by 2 blocking modules that brace the robot on the pipe sides, and one stretching module that creates a step. This actuator is pneumatic and composed by metal bellows. By this original design, the microrobot has a good power to volume ratio and thus it can carry a load higher than 1 kg. Its good positioning accuracy is proved with a 90 mm course where the error of positioning is less than 60 μm. A PID control law is used to control the robot but state feedback control law is planned.
