SISCob : résumé
Résumé :
L’objectif de SISCob est de développer un nouveau composant robotique intelligent et modulaire imitant les fonctions d’une articulation biologique et leur synergie pour les robots collaboratifs (cobots). Le SIS pour « Safety Intelligent Sensor » sera conçu pour transmettre le mouvement d’un actionneur vers un segment du robot ou son effecteur et devra fournir les services suivants :
– proposer un mécanisme compliant de sécurité passive pour l’interaction physique homme/robot,
– sélectionner et identifier en temps réel un modèle d’impédance de l’interaction mécanique entre l’axe équipé du SIS et l’environnement externe à cet axe,
– transmettre ses données à un taux adapté pour permettre le contrôle moteur du robot et faire émerger une stratégie globale de gestion de sécurité par la mise en réseau ad’ hoc des capteurs.
Ce projet se positionne dans le contexte où les objectifs majeurs dans les secteurs de la manufacture et des services manuels s’appuient sur la recherche d’améliorations en termes de réduction des coûts financiers, d’augmentation de la qualité et de la productivité. Cependant cette course à la performance doit tenir compte de nouveaux enjeux sociétaux et environnementaux : la sécurité et l’impact environnemental ainsi que le manque de main d’œuvre qualifiée pour la réalisation de tâches pénibles ou hautement spécialisées. Pour répondre à ces challenges de nombreux projets de recherche et développement se sont axés sur l’utilisation de robots collaboratifs (cobots) pour assister et collaborer avec des opérateurs humains. Mais la mise en proximité de robots et de personnes soulève des problèmes liés à la sécurité de fonctionnement des robots. Ces freins pourraient être retirés si des technologies adéquates à bas coût rendaient les robots du marché intrinsèquement sûrs. Nous pensons que la conception très spéciale du capteur SIS, pourrait être la solution.
Du point de vue scientifique, les deux principales problématiques sont :
- La conception d’une structure mécanique articulée, compliante et innovante pour gérer de façon adaptative les impacts sur le segment du robot attaché au SIS. Ce mécanisme devra être passif mais pourra adapter sa rigidité de manière active.
- Pour un contrôle robuste, précis et rapide du robot, le SIS devra intégrer une électronique pour estimer en ligne un modèle complet (structure et paramètres) de l’impédance mécanique de contact. Afin de traiter les insuffisances des méthodes de l’état de l’art concernant l’excitation permanente nous proposons une nouvelle approche en deux étapes : sélectionner en ligne à partir des mesures disponibles la meilleure structure de modèle par une méthode algébrique puis identifier les paramètres de cette structure.
Les avantages du SIS seront de :
– faciliter l’intégration sur un robot sans avoir à se soucier du redimensionnement des actionneurs permettant ainsi aux constructeurs d’obtenir, à faible coût, des robots intrinsèquement sécurisés ;
– permettre une sécurité active par l’implémentation de boucles reflexes rapides de commande des actionneurs basées sur la capacité prédictive des modèles d’impédance estimés en temps-réel ;
– permettre une stratégie globale de contrôle pour gérer la sécurité, grâce à la mise en réseau des capteurs SIS à chaque articulation du robot afin d’être capable de localiser les points d’impact et de contact sur le corps du robot ;
– mettre en œuvre la technique de téléopération adaptative robuste dite à « médiation de modèles » de façon innovante à partir des modèles d’impédance délivrés par le SIS, afin de réaliser la téléopération avec retour haptique d’un robot au contact d’une personne.
En collaboration avec notre partenaire industriel, un ensemble de « SIS » sera développé en version préindustrielle et testé sur un robot modulaire pour trois applications couvrant les principaux domaines de la robotique, à savoir la robotique industrielle, la robotique médicale et la robotique d’assistance.