Les robots intelligents maîtrisent l'art de la préhension
Publié par Redbran le 14/09/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

©SARAFun
Le projet SARAFun, financé par l'UE, a dévoilé une solution intelligente qui permet aux utilisateurs non experts d'intégrer facilement de nouvelles tâches bimanuelles dans les systèmes robotiques. Ces systèmes peuvent accroître considérablement les capacités de production dans l'industrie manufacturière, en augmentant considérablement la vitesse (On distingue :) de production tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en assumant des tâches fastidieuses sur les chaînes de montage.

Au cours des dernières décennies, les humains ont eu de plus en plus recours aux robots pour accomplir diverses tâches. Les robots ont été utilisés de façon extensive sur les chaînes de production pour effectuer des tâches telles que l'assemblage de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un des...). Cependant, malgré leur succès généralisé, l'assemblage automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les...) présente encore un inconvénient: le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) nécessaire à la programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes informatiques. C'est une étape importante de...) et à la reprogrammation des robots.

Pour relever ce défi, les chercheurs ont mis sur pied SARAFun, un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) financé par l'UE. La nouvelle solution élaborée dans le cadre du projet consiste à doter les robots industriels de capacités de perception, d'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances,...) et de raisonnement, en fournissant des outils permettant d'automatiser la génération de programmes de robots et de concevoir du matériel spécifique aux tâches.

Apprentissage par l'observation du comportement humain

"Le système est bâti autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) du concept d'un robot (Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) accomplissant automatiquement soit des tâches qui sont généralement dangereuses, pénibles, répétitives ou...) capable d'apprendre et d'exécuter des tâches d'assemblage, telles que l'insertion ou le pliage, en observant le travail d'un instructeur humain", explique le Dr Ioannis Mariolis. Après observation et analyse de la tâche , le robot génère et exécute son propre programme d'assemblage. Sur la base des commentaires de l'instructeur humain ainsi que de l'information sensorielle des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) de vision, de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) et tactiles, le robot peut progressivement améliorer ses performances en termes de rapidité et de robustesse.

L'objectif ambitieux de SARAFun était de développer un système capable d'exécuter de nouvelles tâches d'assemblage en moins d'une journée. "Garantir l'utilisation d'un robot humanoïde pour l'assemblage de petites pièces dans un très petit espace est essentiel pour réduire l'encombrement au sol de l'usine. Cela permet également d'installer le robot dans des postes de travail actuellement réservés à l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est...)", ajoute le Dr Mariolis.

Mise en œuvre de l'interface

Le travail s'est essentiellement appuyé sur une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) forte et harmonieuse et avec le système à l'aide de l'interface homme-robot. Cette dernière est composée de différents modules qui permettent à l'opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) d'enseigner la tâche d'assemblage au robot et de superviser le processus d'apprentissage. Dans la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) d'apprentissage, l'utilisateur crée la tâche d'assemblage en lui donnant un nom, en sélectionnant les pièces que le robot doit assembler et en définissant le type d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) d'assemblage. Au cours de l'étape suivante, les pièces d'assemblage sont placées dans le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vision de la caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) et le système est sollicité pour les identifier. Une fois que les pièces ont été détectées, l'opérateur fait une démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de...) de la tâche d'assemblage devant la caméra.

Les informations enregistrées sont ensuite analysées et les images importantes de la démonstration, appelées images clés, sont extraites automatiquement. Après confirmation de l'utilisateur, le système utilise les informations d'images clés, qui comprennent les positions répertoriées des pièces d'assemblage et les mains de l'instructeur, puis génère le programme d'assemblage pour le robot. Les positions de préhension des pièces d'assemblage sont proposées avec des modèles de doigts robotisés pour augmenter la stabilité de préhension. Après avoir ajusté les positions de préhension et conçu des doigts appropriés pour compenser la dextérité inférieure du robot par rapport à la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe destiné à saisir et...) humaine, les doigts réels sont imprimés en 3D et installés dans les pinces du robot.

Après le chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) du programme pour exécution, les mouvements du robot sont générés en utilisant l'information extraite des images clés. L'opération d'assemblage est répétée jusqu'à ce que le robot atteigne le niveau d'autonomie désiré.


Voir vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à...)

Programmation quasi nulle

Les chercheurs ont réalisé avec succès de nombreuses démonstrations à l'aide du robot collaboratif à deux bras YuMi d' ABB. Armé de ses pinces, le robot utilise les composants du système de conception de SARAFun (capteurs visuels 3D, planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) de la préhension, détection du glissement, contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) du mouvement et de la force pour les bras et l'interface homme-robot physique) pour reproduire les tâches bimanuelles démontrées par l'instructeur humain.

"Il en résulte un programme d'assemblage souple capable de s'adapter à l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) de travail sans planification spécifique de la part de l'utilisateur. Au regard de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de pointe, l'interface graphique simple est beaucoup plus facile à utiliser pour les non-experts", note le Dr Mariolis. Testé dans différents cas d'utilisation d'assemblage qui impliquent des pièces de téléphones portables et des boutons d'arrêt d'urgence, le système a appris avec succès les tâches d'assemblage démontrées en moins d'une journée.

Innovation révolutionnaire, le robot d'assemblage de SARAFun peut changer de manière radicale le visage de la production industrielle dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier et favoriser une réévaluation de la fabrication d'assemblages. Les produits à cycle de vie (La vie est le nom donné :) court requièrent des changements fréquents de programmes. Contrairement aux robots actuels qui ne connaissent que leur tâche nominale, ce robot intelligent pour l'assemblage bimanuel de petites pièces possède une capacité illimitée à faire face aux changements réguliers dans la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de production.


Pour plus d'information voir:
- Projet: SARAFun
- robot collaboratif à deux bras YuMi d' ABB
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