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MAPLESOFT
MapleSim est utilisé pour développer le modèle haute fidélité et multi-domaines d’un véhicule automatisé d’exploration spatiale au sol
L’exploration des planètes par des véhicules inhabités est une priorité pour de nombreuses agences spatiales du monde entier. Pour mener à bien ce type de programme, il faut disposer de véhicules d’exploration robotisés autonomes très avancés. Le Pr Amir Khajepour, directeur de la chaire de recherche en mécatronique des véhicules et professeur d’ingénierie au département d’ingénierie mécanique et mécatronique de l’Université de Waterloo (UW), collabore avec l’Agence Spatiale Canadienne (ASC), Maplesoft et le Gouvernement du Canada en vue de l’élaboration d’une solution complète de gestion de l’alimentation des véhicules d’exploration autonomes. Grâce à MapleSim, la base du modèle mathématique du véhicule d’exploration à 6 roues a été développée en à peine un mois et sans avoir à écrire la moindre équation.
L’ASC a depuis toujours utilisé des techniques symboliques pour la modélisation dans le domaine de la robotique spatiale. Elle a notamment recours à ces techniques pour la conception de divers robots spatiaux dans le cadre du programme de Navette Spatiale et de la Station Spatiale Internationale. Ce nouveau projet de l’Université de Waterloo (UW) fait appel à MapleSim, dernière génération d’outils de modélisation symbolique, en vue de développer dans des délais réduits les modèles haute fidélité multi-domaines utilisés par les sous-systèmes du véhicule d’exploration.
L’objectif général du projet est de concevoir un système capable de conduire le véhicule d’exploration d’un point A en un point B en tenant compte de toutes les problématiques et contraintes probables. Par exemple, quel itinéraire le véhicule doit-il choisir pour se rendre en un lieu donné en prenant le minimum de risques ? Ou bien en consommant le moins d’énergie possible ?
La première étape de ce projet programmé sur 3 ans est de développer le modèle initial du véhicule d’exploration, en tenant compte de toutes ses caractéristiques, notamment ses batteries, son système d’alimentation solaire, les contraintes de terrain et de nature du sol. Le projet comprendra aussi, dans ses étapes ultérieures, une série complète de phases de test « Hardware-in-the-Loop » (HIL) faisant appel à des éléments matériels et logiciels en temps réel de National Instruments et utilisant des modèles de systèmes développés et automatiquement déployés par MapleSim. Cette étape est essentielle pour l’optimisation des paramètres du système afin de maximiser la conservation d’énergie du véhicule sans affecter en rien les missions qui lui sont confiées.
« MapleSim nous a permis de développer en à peine un mois le modèle de base du véhicule d’exploration, » explique le Pr. Khajepour. « Les avantages de MapleSim par rapport aux outils traditionnels sont considérables. Nous avons pu élaborer le modèle mathématique de notre véhicule d’exploration 6 roues sans avoir à écrire une seule équation. MapleSim a généré automatiquement un nombre optimal d’équations, ce qui constitue un atout essentiel en phase d’optimisation. »
Le Pr. Khajepour a particulièrement apprécié l’interface graphique de MapleSim, qui permet en effet de recréer simplement à l’écran le schéma du système en utilisant les composants représentant le modèle physique. Le schéma du système ainsi créé est très similaire au dessin qu’un ingénieur aurait pu tracer à la main. Ensuite, MapleSim est capable d’animer de manière réaliste ces modèles. Ces animations facilitent grandement la validation du schéma du système et permettent de mieux comprendre son comportement.
« La visualisation du modèle et du fonctionnement des pièces en mouvement est un avantage très important pour un développeur, » explique le Pr. Khajepour. « C’est pourquoi j’adopte progressivement MapleSim pour la plupart des projets que je traite. »
L’objectif général du projet est de concevoir un système capable de conduire le véhicule d’exploration d’un point A en un point B en tenant compte de toutes les problématiques et contraintes probables. Par exemple, quel itinéraire le véhicule doit-il choisir pour se rendre en un lieu donné en prenant le minimum de risques ? Ou bien en consommant le moins d’énergie possible ?
La première étape de ce projet programmé sur 3 ans est de développer le modèle initial du véhicule d’exploration, en tenant compte de toutes ses caractéristiques, notamment ses batteries, son système d’alimentation solaire, les contraintes de terrain et de nature du sol. Le projet comprendra aussi, dans ses étapes ultérieures, une série complète de phases de test « Hardware-in-the-Loop » (HIL) faisant appel à des éléments matériels et logiciels en temps réel de National Instruments et utilisant des modèles de systèmes développés et automatiquement déployés par MapleSim. Cette étape est essentielle pour l’optimisation des paramètres du système afin de maximiser la conservation d’énergie du véhicule sans affecter en rien les missions qui lui sont confiées.
« MapleSim nous a permis de développer en à peine un mois le modèle de base du véhicule d’exploration, » explique le Pr. Khajepour. « Les avantages de MapleSim par rapport aux outils traditionnels sont considérables. Nous avons pu élaborer le modèle mathématique de notre véhicule d’exploration 6 roues sans avoir à écrire une seule équation. MapleSim a généré automatiquement un nombre optimal d’équations, ce qui constitue un atout essentiel en phase d’optimisation. »
Le Pr. Khajepour a particulièrement apprécié l’interface graphique de MapleSim, qui permet en effet de recréer simplement à l’écran le schéma du système en utilisant les composants représentant le modèle physique. Le schéma du système ainsi créé est très similaire au dessin qu’un ingénieur aurait pu tracer à la main. Ensuite, MapleSim est capable d’animer de manière réaliste ces modèles. Ces animations facilitent grandement la validation du schéma du système et permettent de mieux comprendre son comportement.
« La visualisation du modèle et du fonctionnement des pièces en mouvement est un avantage très important pour un développeur, » explique le Pr. Khajepour. « C’est pourquoi j’adopte progressivement MapleSim pour la plupart des projets que je traite. »
