sous-actionner

Sous-actionner un système mécanique consiste à le concevoir ou à le faire fonctionner avec moins d'actionneurs indépendants qu'il n'a de degrés de liberté. Un bras robotisé avec sept articulations mais seulement trois moteurs est sous-actionné; il en va de même pour un marcheur bipède qui utilise des moteurs de cheville et de hanche mais laisse l'articulation du genou se déplacer passivement. Le système peut toujours atteindre plusieurs configurations, mais seuls certains mouvements peuvent être directement commandés, les autres découlent de la dynamique, de la gravité ou d'une contrainte mécanique.

La sous-actionnement échange l'autorité de contrôle contre la simplicité mécanique et l'efficacité énergétique. Un système entièrement actionné exige un moteur ou un solénoïde pour chaque articulation, ce qui ajoute de la masse, du câblage, des coûts et une consommation d'énergie. Une conception sous-actionnée accepte que certains mouvements soient couplés ou limités, mais gagne en légèreté de construction et en coûts d'exploitation réduits. Dans les prothèses et les robots à pattes, la conformité passive par sous-actionnement réduit les chocs d'impact et permet à certains mouvements de se produire naturellement sans contrôle actif.

Limites pratiques et modes de défaillance

Le danger du sous-actionnement est la perte de contrôlabilité dans des conditions transitoires ou des charges inattendues. Une articulation de genou passive fonctionne bien sur un terrain plat à une vitesse de marche constante; elle peut fléchir ou se comporter de manière imprévisible dans les escaliers ou sur un terrain accidenté. De même, une pince parallèle sous-actionnée avec une géométrie de doigt fixe ne peut saisir que des formes dans une enveloppe étroite. Le système devient instable si les forces externes dépassent ce que les éléments passifs peuvent absorber.

Le succès dépend d'une adéquation minutieuse entre la tâche et la conception. Les mains sous-actionnées à commande tendineuse utilisées en chirurgie ou en robotique sous-marine fonctionnent parce que l'environnement est prévisible et que les tâches de manipulation sont lentes et délibérées. Les systèmes sous-actionnés dans des environnements imprévisibles, les chaînes de montage d'usine, la robotique de terrain, nécessitent généralement une détection supplémentaire et un contrôle de rétroaction actif pour maintenir le comportement dans des limites sûres, ce qui peut consommer une grande partie du poids et des économies d'énergie que le sous-actionnement était censé procurer.