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Mécanisme de Klann

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Robot marcheur sous-marin utilisant des mécanismes à jambes de Klann. Les barres ont été découpées au laser dans de l’aluminium anodisé[1].

Le mécanisme de Klann est un mécanisme plan conçu pour simuler l'allure d’un animal à pattes et remplacer la roue. Le mécanisme se compose d’une « jambe » qui entre en contact avec le sol, d’une manivelle, de deux culbuteurs, et deux biellettes, tous reliés par des liaisons pivots. Il fut développé par Joe Klann en 1994 comme une extension des courbes de Burmester qui étaient utilisées pour développer les mécanismes à quatre barres à double culbuteurs telles les grues portuaires[2]. Il est classé comme un type de chaîne cinématique de Stephenson type III modifiée[3],[4],[5],[6].


Les proportions de chacune des liaisons dans le mécanisme sont définies pour optimiser le mouvement linéaire du pied lors de la moitié de la rotation de la manivelle. Le reste de la rotation de la manivelle permet au pied d' être relevé à une hauteur prédéterminée avant de revenir à la position de départ et répéter le cycle. Deux mécanismes couplés ensemble à la manivelle et déphasés d’un demi-cycle permettent au châssis d'un véhicule de se déplacer parallèlement au sol.

Le mécanisme de Klann offre un grand nombre d’avantages aux véhicules marchants, sans certaines de leurs limites. Ils peuvent franchir des bordures, monter des escaliers, ou se déplacer dans des zones qui ne sont actuellement pas accessibles aux véhicules à roues, mais ne nécessitent pas de contrôle par microprocesseur ou de multiples mécanismes d'actionneurs. D’un point de vue technologique, il s'insère entre les dispositifs de marche et ceux à essieux à roues motrices.

La cinématique du mécanisme de Klann se base sur des liaisons mécaniques qui donnent le mouvement relatif à chacune des barres. Il convertit le mouvement de rotation en un mouvement linéaire, et ressemble à la marche des animaux[7].

Ces représentations montrent un unique mécanisme complètement déployé, à mi-foulée, rétracté et relevé, décomposant les positions du cycle de marche. Ces quatre figures montrent la manivelle (avec la liaison la plus à droite sur la première figure et celle avec la liaison avec l’axe dépassant) dans les positions à 0, 90, 180 et 270 degrés.

Cette animation montre le fonctionnement d'un mécanisme de Klann.

Ceci est une animation répétitive de jambes en mouvement. Le système de jambes situé au premier plan a un contour bleu. Une compréhension raisonnable du fonctionnement du mécanisme peut être obtenue en se concentrant sur un point précis et en le suivant à travers plusieurs cycles. Chacun des pivots est affiché en vert. Le châssis du véhicule est fixe. Les culbuteurs supérieur et inférieur se déplacent dans les deux sens le long d'un arc fixe et la manivelle décrit un cercle.
Trajectoire de chaque point. En bleu est représenté le châssis via ses 3 points fixes.

Comparaison avec le mécanisme de Jansen

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Mécanisme de Jansen

Le mécanisme de Klann utilise six barres par jambe, alors que le mécanisme de Jansen, développé par Theo Jansen, utilise huit barres par jambe, avec un degré de liberté. Le nombre de barres dans le mécanisme Jansen est plus grand que dans le mécanisme Klann, et est plus coûteux.

Le mécanisme de Klann peut marcher sur des routes non planes et sur des surfaces inégales et escarpées. La conception du mécanisme de Klann comporte moins de liaison pour le mouvement. Le frottement entre les jambes et le sol est nécessaire pour le mouvement, faute de quoi elles glisseront.

Exemple de jambe

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Exemple illustré d’une jambe

Dans le brevet américain 6260862, il y a un ensemble de coordonnées pour une jambe. Exemple[4] :

Point X Y Description
Points fixes
9 1,366 1,366 Premier axe du culbuteur
11 1,009 0,574 Second axe du culbuteur
15 1,599 0,750 Manivelle
Position de foulée au sol complétement détendue
27X 0,741 0,750 Articulation du coude
29x 1,331 0,750 Manivelle
33x 0,000 0,000 Pied
35x 0,232 0,866 Articulation du genou
37x 0,866 1.500 Articulation de la hanche
Position de démarrage à terre
27Y 1,277 0,750 Articulation du coude
29y 1,867 0,750 Manivelle
33y 1,000 0,000 Pied
35y 0,768 0,866 Articulation du genou
37y 1,000 1,732 Articulation de la hanche

Références

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  1. Rooney, T., Pearson, M., Welsby, J., Horsfield, I., Sewell, R. and Dogramadzi, S., Artificial active whiskers for guiding underwater autonomous walking robots, Paris, France, coll. « CLAWAR 2011 », 6–8 september 2011 (lire en ligne)
  2. (en) « Mechanical Spider », Klann Research And Development, LLC (consulté le )
  3. U.S. Provisional Application Ser. No. 60/074,425, was filed on Feb. 11, 1998
  4. a et b (en) Brevet U.S. 6260862
  5. (en) Brevet U.S. 6364040
  6. (en) Brevet U.S. 6478314
  7. (en) Priya Ganapati, « Robotic Spider Melds Legos and 3-D Printing », Wired,‎ (lire en ligne, consulté le ).

Liens externes

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