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Nouveaux produits

Robot ANYmal C d’ANYbotics : une machine multi-module

Par Péter Fankhauser : CEO et co-fondateur d’ANYbotics et Zeljko Loncaric, Ingénieur en marketing chez congatec AG à Deggendorf (Allemagne)

Publication: 10 novembre

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Un robot robuste à quatre pattes et trois cerveaux...
 

ANYbotics fournit des solutions pour les applications robotisées présentant les besoins en mobilité et en autonomie les plus exigeants pour les terrains difficiles. L’énorme performance informatique embarquée pour les principales tâches connaissance de la situation, contrôle des mouvements et accomplissement des missions est fournie par trois modules COM Express de congatec.

Grâce aux progrès de l’intelligence informatique et de la technologie des capteurs, les robots, qui étaient auparavant à poste fixe et déconnectés de leur environnement, se transforment maintenant en robots mobiles intelligents et autonomes. Ils pourront non seulement soulager les humains de tâches potentiellement dangereuses, mais aussi optimiser les tâches répétitives dans de vrais environnements d’un point de vue économique. Ces robots peuvent accomplir de manière autonome de nombreuses tâches qui nécessitaient auparavant un travail humain et allonger considérablement la liste des tâches réalisables.

Dans cette perspective, il n’est pas surprenant que les applications robotiques constituent un marché en plein essor. Le marché mondial de la robotique intelligente devrait croître avec un TCAC de 23 %. Cependant, la croissance varie en fonction du sous-segment spécifique. Le marché des robots de livraison autonomes, par exemple, devrait enregistrer un taux de croissance annuel moyen de plus de 49,5 % au cours des cinq prochaines années, tandis que le marché des robots agricoles devrait connaître un taux de croissance annuel moyen de 22,8 % au cours de la même période. Le marché mondial des robots mobiles autonomes civils, y compris les véhicules aériens sans pilote (UAV), les véhicules terrestres sans pilote (UGV) et les véhicules maritimes sans pilote (UMV), est déjà arrivé à maturité et devrait donc connaître une croissance un peu plus lente, mais toujours à un taux assez intéressant de 15,9 % de 2019 à 2025. Les utilisateurs finals de ces robots se trouvent sur des marchés tels que l’énergie, les procédés, la logistique, le transport, la fabrication dans les environnements collaboratifs, l’agriculture et l’exploitation minière, et bien d’autres encore. Avec son robot à quatre pattes ANYmal C pour répondre aux besoins en mobilité et autonomie les plus exigeants sur des terrains difficiles, ANYbotics est l’un des développeurs qui ciblent ces marchés.

ANYmal C d’ANYbotics est un robot robuste conçu pour fonctionner dans les mêmes environnements que les humains. Cela inclut des terrains exigeants et accidentés comme les parcs éoliens offshore, les plates-formes pétrolières, les mines et les installations industrielles avec de nombreux obstacles sur le chemin.

Ce qui distingue le robot mobile autonome ANYmal C des autres robots intelligents est qu’il exécute des tâches avec un degré élevé d’autonomie dans des environnements humains dynamiques, et pas seulement dans des cadres bien définis tels que des entrepôts automatisés ou des usines de production. Le robot réagit à des obstacles mobiles ou inattendus ainsi qu’à des conditions environnementales changeantes (éclairage, pluie, neige, etc.). En outre, il est à même de résoudre des problèmes sans guidage externe ou par simple arrêt pour éviter de faire des victimes. Les robots mobiles autonomes doivent planifier un itinéraire alternatif optimal vers le lieu cible désigné et remplir leur mission avec succès.

Afin de naviguer de manière sûre et fiable dans les installations industrielles, les systèmes robotiques autonomes (ARS) ont besoin d’un large éventail de capteurs pour collecter et interpréter les données relatives aux équipements et à l’environnement. Le but ultime est que ces systèmes ARS remplissent des tâches complexes comme des travailleurs humains qualifiés en tirant parti de leurs capacités de mobilité et d’autonomie les plus avancées sur des terrains difficiles tels que les grandes usines industrielles et les chantiers de construction. C’est la seule façon pour eux de soulager leurs collègues humains de l’exposition à des environnements potentiellement dangereux et d’optimiser la précision et la fiabilité de l’acquisition des données.

Pour obtenir des données complètes sur la connaissance de la situation, l’ARS doit être équipé de divers capteurs de perception qui permettent de fonctionner correctement. Cette localisation et cette cartographie simultanées (SLAM) doivent fonctionner même dans des environnements complexes et dynamiques. Dans son robot ANYmal C, ANYbotics utilise une large gamme de capteurs pour la navigation et la planification de trajectoires. Pour la détection d’obstacles et l’information sur le terrain, l’ARS est équipé de caméras optiques stéréoscopiques de tous les côtés afin de fournir un champ de vision à 360 degrés avec une perception intelligente. Un système sophistiqué de détection et de télémétrie par laser (LIDAR) fournit des données environnementales supplémentaires pour la navigation dans un rayon allant jusqu’à 100 mètres. Pour la téléopération ainsi qu’un mode d’apprentissage pour les chemins à emprunter, ANYmal C est équipé de deux caméras grand angle à l’avant et à l’arrière pour fournir une bonne visibilité de l’environnement. Pour une utilisation en extérieur, ANYmal C peut être équipé d’un récepteur pour les systèmes de navigation par satellite comme le GPS.

Mais la connaissance de la situation pour localiser et cartographier n’est qu’une partie des tâches pour animer le robot autonome à quatre pattes. Une autre fonction très importante est le contrôle en temps réel du système locomoteur avancé qui permet un mouvement omnidirectionnel et permet à ANYmal C de franchir des marches hautes de 25 cm, de monter des escaliers industriels jusqu’à 45° et de ramper dans des espaces inférieurs à 50 cm.

Outre les tâches de navigation et de déplacement, ANYmal C doit également remplir sa mission, et pour cela il peut être librement configuré avec une charge utile de capteur allant jusqu’à 10 kg et agir de manière autonome pendant 2 à 3 heures. Le premier design spécifique du robot ANYmal C est optimisé pour les tâches d’inspection sur des installations industrielles intérieures et extérieures et d’autres environnements exigeants. Pour ce faire, le robot est équipé d’une unité d’inspection pan-inclinaison composée d’une caméra à zoom optique, pour lire les mesures des jauges et compteurs analogiques et clapets anti-retour. Il est accompagné d’une caméra thermique pour vérifier les machines et autres équipements afin de détecter tout excès de chaleur indésirable ou toute anomalie thermique. Pour la détection des fuites de gaz, ANYmal C est équipé de capteurs de gaz, tandis qu’un microphone ultrasonique pour l’inspection acoustique permet d’identifier les anomalies des machines à un stade précoce.

Afin d’exécuter les trois tâches en parallèle avec la plus grande fiabilité et à plein régime, ANYbotics utilise une conception modulaire qui est basée sur deux processeurs hexa-cœur Intel i7 et un processeur double-cœur Intel i7 avec virtualisation pour séparer davantage les différentes sous-tâches sur des cœurs uniques. Ces processeurs fournissent la puissance de calcul nécessaire au contrôle avancé des mouvements, à la cartographie en temps réel et à la navigation autonome, ainsi qu’aux applications clients embarquées ophistiquées. Ce design flexible permet d’équilibrer le prix et les performances de chaque tâche, et sert de base à toute mise à niveau future des performances. Toutes les fonctions sont intégrées dans un boîtier IP67 facile à utiliser, robuste et entièrement étanche à l’eau et à la poussière. Cette conception révolutionnaire qualifie également l’ANYmal C pour de nombreuses autres tâches, notamment la recherche et le sauvetage, les contrôles de sécurité, le sauvetage après des tremblements de terre ou simplement la livraison de colis.

Pour la conception de la puissance de calcul, ANYbotics a utilisé les Computer-on-Modules COM Express de congatec. Les Computer-on-Modules sont très réputés pour la conception de ces systèmes embarqués, car ils fournissent des plates-formes standardisées, prêtes à l’emploi et faciles à intégrer, qui intègrent tous les pilotes et micrologiciels nécessaires. Ces modules combinent tous les composants clés tels que le CPU, la RAM, les interfaces haut débit et souvent aussi l’unité graphique dans un seul et même boîtier validé. Un autre avantage est le fait que les Computer-on-Modules des mêmes format et standard sont évolutifs, tant au niveau des générations de processeurs que des fabricants. Les OEM ont une flexibilité totale pour adapter et mettre à niveau leurs solutions avec la technologie de processeur la plus récente, même après plusieurs années. Le client peut consacrer tout son temps et toutes ses ressources à la conception de la carte porteuse et s’assurer que toutes les fonctions et interfaces s’adaptent exactement à l’application sans avoir à s’occuper de la conception complexe du processeur.

Bien que les modules COM Express standardisés soient facilement interchangeables, les services et la qualité fournis par les vendeurs de modules peuvent varier considérablement. Les OEM doivent rechercher le coût total de possession (CTP) optimal. Outre le prix du module lui-même, de nombreux autres aspects jouent un rôle à cet égard. Tout d’abord, la qualité de la conception doit être vérifiée pour s’assurer que le module offre une résistance thermique, mécanique et électrique élevée. Les fournisseurs de modules intégrés fiables peuvent fournir une documentation complète du test pour prouver la conformité du design. Deuxièmement, les modules doivent être livrés avec un ensemble complet de support de carte pour tous les logiciels - matériels, afin de simplifier l’intégration des systèmes d’exploitation et des logiciels. La disponibilité à long terme des modules individuels est un autre facteur clé pour réduire le coût total de possession sur la durée. Enfin et surtout, le service de conception offert par le fournisseur de modules intégrés est un facteur important. Même si les Computer-on-Modules sont des composants prêts à l’emploi et que toutes les caractéristiques ci-dessus font partie de l’offre, la conception et le développement nécessitent une coopération étroite entre le vendeur et l’OEM. C’est là qu’interviennent les distributeurs spécialisés et les partenaires technologiques, qui fournissent un service de conception complet et individuel et un soutien technique afin d’aider les OEM à mettre leur solution sur le marché le plus rapidement possible. La société suisse Fabrimex Systems est un partenaire commercial agréé de congatec, qui travaillent ensemble depuis 7 ans. Fabrimex Systems propose tous les produits de congatec en y ajoutant son expertise technique et en fournissant des composants supplémentaires, des services d’ingénierie et des produits personnalisés au niveau système. Et à cet égard, ANYbotics félicite Fabrimex Systems et congatec car "la coopération a été excellente, fiable et très amusante". Le client a apprécié l’assistance et le service locaux fournis par Fabrimex Systems et le portefeuille de produits de congatec, qui comprend des outils logiciels complets, de la documentation technique et une gamme de cartes étoffée offrant un cycle de vie de 10 à 15 ans avec une possibilité de mise à niveau cohérente pour les Computer-on-Modules et les cartes SBC pour les conceptions futures et les mises à niveau compatibles.

Outre son vaste réseau de capteurs avec des caméras stéréoscopiques pour un champ de vision à 360 degrés, le LIDAR pour la cartographie de l’environnement peut transporter une charge utile de 10 kg de capteurs supplémentaires pour l’inspection.

ANYbotics utilise trois Computer-on-Modules congatec dans chaque robot avec deux types de processeurs différents : Intel® Core™ i7 hexa core et les processeurs ULT double cœur basse consommation. La charge de travail est consolidée à l’aide des cœurs de processeur dédiés pour la cartographie, la planification des trajectoires et le contrôle des mouvements en temps réel. En outre, un troisième segment est réservé aux applications personnelles des clients.

Par rapport aux designs entièrement personnalisés, les Computer-on-Modules offrent de nombreux avantages pour les robots mobiles autonomes qui nécessitent des composants embarqués compacts et robustes.

http://www.congatec.com/

http://www.anybotics.com/

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