Les moteurs électriques des robots : brushless, frameless et pas-à-pas

Les moteurs électriques transforment le courant en couple. Les robots ont besoin de moteurs légers, efficaces, faciles à commander et capables de produire un couple élevé par à-coups brefs, par exemple lorsqu’un humanoïde rattrape son équilibre.

Moteurs à courant continu sans balais (BLDC)

Un moteur sans balais (brushless) possède des aimants permanents sur le rotor et des bobinages en cuivre sur le stator. Au lieu de balais mécaniques, c’est le variateur (motor driver) qui commute électroniquement le courant entre les bobinages, à partir de l’angle du rotor fourni par un codeur ou des capteurs à effet Hall. Sans balais qui s’usent, les moteurs BLDC durent longtemps, ont un bon rendement et se commandent très précisément : c’est pourquoi ils dominent dans les robots modernes.

• Inrunner : le rotor tourne à l’intérieur du stator ; compact et performant à haute vitesse.
• Outrunner : le rotor est une cloche extérieure qui entoure le stator ; son plus grand diamètre donne plus de couple, d’où sa popularité dans les actionneurs de robots à pattes et les drones.

Moteurs couple frameless

Un moteur frameless (sans carcasse) est vendu sous forme de rotor et de stator séparés, sans boîtier, arbre ni roulements. Le fabricant du robot les intègre directement dans l’articulation, ce qui fait gagner de la place et du poids. De nombreuses articulations de cobots et d’humanoïdes reposent sur cette approche, associée à un réducteur harmonique et à un arbre creux pour le passage des câbles.

Moteurs pas-à-pas

Les moteurs pas-à-pas se déplacent par pas fixes et peuvent tenir une position sans capteur de position, ce qui les rend bon marché et simples. On les trouve couramment dans les imprimantes 3D, les bras de bureau et les robots éducatifs, mais ils sont plus lourds et moins efficaces que les moteurs sans balais à couple égal, et peuvent perdre des pas en cas de surcharge.

Moteurs à courant continu à balais

Les moteurs à balais sont bon marché et faciles à piloter ; on les trouve encore dans les jouets, les petits préhenseurs et les robots à roues bas de gamme. Leurs balais s’usent, si bien qu’ils sont rares dans les robots professionnels.

Ce qu’il faut regarder dans une fiche technique

Les fabricants de moteurs publient le couple continu et le couple crête, la vitesse, la tension et la constante de couple. Pour un robot complet, ces chiffres comptent moins que le couple et la vitesse en sortie d’articulation, après le réducteur, et que la durée pendant laquelle l’articulation peut les maintenir avant de surchauffer.

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