MapleSim and Maple Used in the Design of Geeros, a Customizable, Educational Gyropode Robot - Maplesoft

Etude de cas d’utilisateur :
MapleSim et Maple utilisés pour la conception de Geeros, un robot gyropode pédagogique personnalisable

Défi
3Sigma souhaitait créer un modèle extrêmement fidèle de robot gyropode, Geeros, utilisable par les étudiants pour apprendre la conception et la programmation des robots. Les équations mathématiques complexes du modèle étaient extrêmement difficiles à calculer et à gérer à l'aide des outils de conception traditionnels.

Solution
3Sigma a choisi la puissante combinaison de MapleSim et Maple pour générer et gérer automatiquement les équations du modèle.

Résultat
A l'aide de MapleSim et Maple, 3Sigma a créé un modèle extrêmement fidèle qui aurait été trop difficile à développer autrement. L'entreprise a pu atteindre une plus grande précision et gagner un temps considérable dans la conception, les tests et la construction du Geeros. Les étudiants sont désormais en mesure de visualiser le caractère symbolique des équations sous-jacentes, en ayant ainsi de meilleures possibilités d'apprentissage.


3Sigma est une entreprise spécialisée dans l'automatisation et la robotique. 3Sigma a récemment entrepris de concevoir Geeros, un robot gyropode auto-équilibré personnalisable. Geeros a été conçu comme un robot pédagogique au service des étudiants pour leur apprendre le pilotage, la programmation et la modification des robots. Les mouvements du robot peuvent être contrôlés à l'aide d'un ordinateur hôte et les instructions sont transmises instantanément au robot grâce à une connection sans fil : les étudiants obtiennent ainsi des résultats en temps réel à travers une application pratique.

Un robot gyropode est constitué à la base d'un véhicule électrique pourvu d'une plateforme et de deux roues. Le servomécanisme du robot est un contrôleur automatique utilisant la rétroaction négative de détection d'erreurs afin d'améliorer les performances. Pour Geeros, un régulateur PiD (proportionnel, intégral, dérivée) a été choisi car les étudiants sont en général déjà habitués à ce type de contrôleur. Geeros a été programmé à l'aide d'Arduino, une plateforme de prototypage électronique open source facile à utiliser. C'est un robot entièrement personnalisable, par ajout ou remplacement de capteurs et actionneurs.

(En savoir plus sur le puissant moteur mathématique symbolique de MapleSim)

Lors de la conception de Geeros, Nicolas Gachadoit, Gérant et Ingénieur en chef de 3Sigma, a immédiatement choisi de faire appel à MapleSim et Maple de Maplesoft pour accompagner la conception basée modèle au niveau système du robot. Ancien employé de Maplesoft, Nicolas Gachadoit connaît parfaitement les avantages que procure cette combinaison unique de logiciels.

MapleSim et Maple ont fourni à 3Sigma des avantages déterminants par rapport aux outils traditionnels. Tout d'abord, les équations mathématiques complexes utilisées pour la conception d'un gyropode sont extrêmement difficiles à gérer à la main. Habituellement, l'ingénieur choisit d'utiliser un ensemble d'équations plus simples pour représenter le modèle, avec pour conséquence des simulations moins précises du comportement. Cependant, à l'aide de MapleSim et Maple, les équations du modèle sont générées et gérées automatiquement par le logiciel. Par conséquent, 3Sigma a pu créer un modèle de gyropode plus précis avec moins d'efforts, en obtenant des résultats de simulation beaucoup plus fidèles et en facilitant les tests de sa conception.

Outre la génération automatique des équations de mouvement, MapleSim et Maple permettent à l'ingénieur de visualiser, analyser et manipuler ces équations. Dans le cas présent, voulant utiliser une commande PiD pour piloter le robot, l'ingénieur a transformé le système d'équations non linéaires en une représentation matricielle des équations linéarisées. Ce fut vite fait et sans erreur, au moyen d'une seule commande. Les équations linéarisées demeurent symboliques si bien que la friction, l'inertie, la résistance et autres facteurs restent des paramètres que les ingénieurs, et finalement les étudiants eux-mêmes, sont à même d'effectuer des modifications et de voir les changements résultants de comportement.



Grâce aux avantages fournis par Maple and MapleSim, 3Sigma a pu facilement concevoir, tester et fabriquer le robot gyropode. « Avec la puissante combinaison de Maple et MapleSim, nous avons pu créer un modèle extrêmement fidèle qui aurait été trop difficile à développer s'il avait fallu effectuer tous les calculs à la main », explique Nicolas Gachadoit. « Nous avons par conséquent gagné énormément de temps dans le développement de notre modèle de gyropode, en le concevant en une fraction du temps normalement requis pour un système aussi complexe et ce, avec une bien plus grande précision. Enfin, le caractère symbolique des équations sous-jacentes nous a donné la possibilité de fournir aux étudiants les moyens de modifier facilement différents paramètres de la commande pour voir le comportement réel du robot sous l'effet de changements, afin de les aider à approfondir leurs connaissances des facteurs inhérents à la conception robotique ».


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