Plateforme Stewart

Une plate-forme Stewart est un type de manipulateur parallèle qui possède six actionneurs prismatiques , généralement des vérins hydrauliques ou des actionneurs linéaires électriques , fixés par paires à trois positions sur la plaque de base de la plate-forme, traversant trois points de montage sur une plaque supérieure. Les 12 connexions sont réalisées via des joints universels . Les dispositifs placés sur la plaque supérieure peuvent être déplacés dans les six degrés de liberté dans lesquels il est possible pour un corps librement suspendu de se déplacer : trois mouvements linéaires x , y , z (latéral, longitudinal et vertical) et les trois rotations (tangage, roulis et lacet).

Les plateformes Stewart sont connues sous divers autres noms. Dans de nombreuses applications, notamment dans les simulateurs de vol, on l'appelle communément base de mouvement . On l'appelle parfois plateforme à six axes ou plateforme à 6 degrés de liberté en raison de ses mouvements possibles et, comme les mouvements sont produits par une combinaison de mouvements de plusieurs actionneurs, on peut l'appeler plateforme de mouvement synergique , en raison de la synergie (interaction mutuelle) entre la façon dont les actionneurs sont programmés. Comme le dispositif comporte six actionneurs, il est souvent appelé hexapode (six pieds) dans l'usage courant, un nom qui était à l'origine une marque déposée par Geodetic Technology pour les plateformes Stewart utilisées dans les machines-outils .

Cette configuration spécialisée à six vérins a été utilisée pour la première fois par VE (Eric) Gough du Royaume-Uni et était opérationnelle en 1954, la conception étant plus tard rendue publique dans un article de 1965 de D Stewart à l' Institution of Mechanical Engineers du Royaume-Uni . En 1962, avant la publication de l'article de Stewart, l'ingénieur américain Klaus Cappel a développé indépendamment le même hexapode. Klaus a breveté sa conception et l'a concédée sous licence aux premières sociétés de simulateurs de vol, et a construit les premiers simulateurs de mouvement d'hexapode octaédrique commerciaux.

Bien que le titre de plate-forme Stewart soit couramment utilisé, certains ont avancé que la plate-forme Gough-Stewart était un nom plus approprié car la plate-forme Stewart originale avait une conception légèrement différente, tandis que d'autres soutiennent que les contributions des trois ingénieurs devraient être reconnues.

Dans les applications industrielles, les actionneurs linéaires (hydrauliques ou électriques) sont généralement utilisés pour leur solution de forme fermée de cinématique inverse simple et unique et leur bonne résistance et accélération.

Pour le prototypage et les applications à petit budget, on utilise généralement des servomoteurs rotatifs. Il existe également une solution unique de forme fermée pour la cinématique inverse des actionneurs rotatifs, comme l'a montré Robert Eisele

Les plates-formes Stewart ont des applications dans les simulateurs de vol, la technologie des machines-outils, l'animatronique , la technologie des grues, la recherche sous-marine, la simulation de tremblements de terre, le sauvetage air-mer, les taureaux mécaniques , le positionnement d'antennes paraboliques, le télescope Hexapod , la robotique et la chirurgie orthopédique.

La conception de la plateforme Stewart est largement utilisée dans les simulateurs de vol , en particulier dans le simulateur de vol complet qui nécessite les 6 degrés de liberté. Cette application a été développée par Redifon , dont les simulateurs l'utilisant sont devenus disponibles pour le Boeing 707, le Douglas DC-8, le Sud Aviation Caravelle , le Canadair CL-44 , le Boeing 727 , le Comet, le Vickers Viscount , le Vickers Vanguard , le Convair CV 990 , le Lockheed C-130 Hercules , le Vickers VC10 et le Fokker F-27 en 1962.

Dans ce rôle, la charge utile est une réplique du cockpit et un système d'affichage visuel, normalement à plusieurs canaux, permettant de montrer la scène visuelle du monde extérieur à l'équipage de l'avion en cours de formation.

Des plateformes similaires sont utilisées dans les simulateurs de conduite , généralement montées sur de grandes tables XY pour simuler une accélération à court terme. L'accélération à long terme peut être simulée en inclinant la plateforme, et un domaine de recherche actif consiste à savoir comment combiner les deux.

James S. Albus du National Institute of Standards and Technology (NIST) a développé le Robocrane , où la plate-forme est suspendue à six câbles au lieu d'être soutenue par six vérins.

Le système d'amarrage à faible impact développé par la NASA utilise une plate-forme Stewart pour manipuler les véhicules spatiaux pendant le processus d'amarrage.

L'environnement de réadaptation assistée par ordinateur développé par Motek Medical utilise une plateforme Stewart couplée à la réalité virtuelle pour réaliser des recherches biomécaniques et cliniques avancées.

Le Dr J. Charles Taylor a utilisé la plateforme Stewart pour développer le Taylor Spatial Frame , un fixateur externe utilisé en chirurgie orthopédique pour la correction des déformations osseuses et le traitement des fractures complexes.

• Première application : Eric Gough était un ingénieur automobile et travaillait à Fort Dunlop , l' usine de pneus Dunlop à Birmingham , en Angleterre. Il a développé sa « machine universelle de test de pneus » (également appelée « Universal Rig ») dans les années 1950 et sa plate-forme était opérationnelle en 1954. Le banc d'essai était capable de tester mécaniquement les pneus sous des charges combinées. Le Dr Gough est décédé en 1972, mais son banc d'essai a continué à être utilisé jusqu'à la fin des années 1980, lorsque l'usine a été fermée puis démolie. Son banc d'essai a été sauvé et transporté au Science Museum de Londres, dans l'entrepôt de stockage de Wroughton près de Swindon.
• Applications récentes : le regain d'intérêt pour une machine d'essais mécaniques basée sur la plateforme Gough-Stewart s'est produit au milieu des années 90. Il s'agit souvent d'applications biomédicales (par exemple étude du rachis ) en raison de la complexité et de la grande amplitude des mouvements nécessaires pour reproduire le comportement humain ou animal. De telles exigences se rencontrent également dans le domaine du génie civil pour la simulation de séismes. Pilotées par un algorithme de mesure cinématique plein champ, de telles machines peuvent également être utilisées pour étudier des phénomènes complexes sur des éprouvettes rigides (par exemple la propagation courbe d'une fissure à travers un bloc de béton ) qui nécessitent des capacités de charge et une précision de déplacement élevées.

Le système Ampelmann est une passerelle à compensation de mouvement utilisant une plate-forme Stewart. Il permet l'accès d'un navire de ravitaillement à plate-forme mobile aux constructions offshore, même en cas de fortes vagues.