BionicMobileAssistant : système de robot mobile avec main de préhension pneumatique

BionicMobileAssistant

Système de robot mobile avec main de préhension pneumatique

Le BionicMobileAssistant se déplace de manière autonome dans l'espace et peut reconnaître indépendamment les objets, les saisir de manière adaptative et travailler avec des humains. Le traitement des informations enregistrées est effectué par un réseau de neurones préalablement formé à l'aide des données augmentées.

À l'avenir, les opérateurs et les robots travailleront de plus en plus en étroite collaboration. De ce fait, chez Festo, nous travaillons intensivement avec des systèmes qui peuvent soulager, par exemple, lors d'activités répétitives ou dangereuses et ce, sans aucun risque. L'intelligence artificielle joue ici un rôle central.

Système d'assistance modulaire

Le BionicMobileAssistant qui se compose de trois sous-systèmes : un robot mobile, un bras robotisé électrique et le BionicSoftHand 2.0 a été créé en collaboration avec l'ETH Zurich. La pince pneumatique est inspirée de la main humaine et c'est un développement de la BionicSoftHand de 2019.

DynaArm : bras robotisé dynamique à haute puissance

Le DynaArm, bras robotisé électrique, effectue des mouvements rapides et dynamiques. C'est ce qui rend sa construction légère avec des actionneurs intégrés ne pesant qu'un kilogramme. Dans ces "DynaDrives", le moteur, la transmission, l'électronique de commande du moteur et les capteurs sont intégrés dans un très petit espace. De plus, le bras a une puissance élevée qui, avec un couple moteur d'1 kW à 60 Nm, va bien au-delà de celui des robots industriels habituels.

Grâce au contrôle de force basé sur un modèle et à des algorithmes de contrôle pour compenser les effets dynamiques, le bras peut réagir correctement aux influences externes et ainsi interagir de manière très sensible avec son environnement. Il est contrôlé par un ballbot via un bus de communication EtherCAT. Grâce à sa structure modulaire, le DynaArm peut être mis en service rapidement et son entretien est facile.

Ballbot : application robotique mobile avec un entraînement spécial

Le ballbot repose sur un concept d'entraînement sophistiqué : il est en équilibre sur une balle qui est entraînée par trois roues omnidirectionnelles. Cela permet au BionicMobileAssistant de manœuvrer dans toutes les directions. Le robot touche le sol sur un seul point et peut ainsi naviguer dans des passages étroits. Pour garder son équilibre, il doit bouger continuellement. La planification et la coordination des mouvements sont effectuées à l'aide d'algorithmes de planification et de contrôle, qui sont stockés sur un ordinateur puissant dans le corps du ballbot.

La stabilité du robot est réalisée de manière purement dynamique – avec des influences externes, le ballbot peut rapidement mettre la balle en rotation et ainsi garder son équilibre. À l'aide d'une unité de mesure inertielle et de codeurs de position sur les roues, il enregistre ses mouvements et l'inclinaison relative du système. Un programme d'optimisation utilise ces données pour calculer comment le robot et le bras doivent se déplacer afin d'amener la main dans la position cible et de stabiliser le robot en même temps.

Système d'assistance sécurisé : ballbot, DynaArm et BionicSoftHand 2.0 en action

Système d'assistance sécurisé : ballbot, DynaArm et BionicSoftHand 2.0 en action

Les doigts de la main de robot pneumatique sont constitués de structures à soufflets flexibles avec des chambres à air enveloppées dans un textile ferme mais flexible. De ce fait, la main est légère, adaptable et sensible tout en restant capable d'exercer des forces considérables. Comme avec le BionicSoftHand de 2019, les doigts pneumatiques sont également contrôlés via un terminal de distributeurs compact à commande piézoélectrique qui est fixé directement sur la main.

Pince à doigts très sensibles

La main porte un gant avec des capteurs de force tactiles sur le bout des doigts, la paume et l'extérieur de la main du robot. De cette façon, elle peut sentir à quel point le matériau est difficile à saisir et à quel point il tient bien en main, et adapter sa force de préhension à l'objet – tout comme nous les humains. De plus, il y a une caméra de profondeur à l'intérieur du poignet pour la détection visuelle des objets.

BionicSoftHand 2.0

Reconnaissance des objets à l'aide d'un réseau neuronal

À l'aide des images de la caméra, la main du robot peut reconnaître et saisir divers objets, même s'ils sont partiellement cachés. Après une formation appropriée, la main peut également utiliser les données acquises pour évaluer les objets et, par exemple, distinguer le bon du mauvais. Les informations sont traitées par le réseau neuronal préalablement formé grâce à l'augmentation des données.

Jeux de données étendus grâce à l'augmentation des données

Afin d'obtenir les meilleurs résultats possibles, le réseau neuronal a besoin de beaucoup d'informations sur la base desquelles il peut s'orienter. Cela signifie : plus il dispose d'images d'entraînement, plus elles deviennent fiables. Comme cela prend généralement beaucoup de temps, une prolifération automatique de la base de données est alors recommandée.

Ce processus est appelé l'augmentation des données. En modifiant légèrement quelques images originales – par exemple avec des arrière-plans, des conditions d'éclairage ou des angles de vue différents – et en les reproduisant, le système reçoit un jeu de données complet avec lequel il peut fonctionner de manière indépendante.

Utilisation mobile dans différents endroits

Le système a toute son alimentation en énergie à bord : la batterie pour le bras et le robot se trouve dans le corps. La cartouche d'air comprimé pour la main pneumatique est installée dans le haut du bras. Cela rend non seulement le robot mobile, mais il peut également se déplacer de manière autonome.

Les algorithmes stockés sur l'ordinateur superviseur contrôlent également les mouvements autonomes du système. Ils planifient la façon dont le bras et la balle doivent se déplacer pour atteindre certains points cibles et garder leur équilibre. À l'aide de deux caméras, le robot s'oriente indépendamment dans l'espace : une caméra recherche des points fixes prédéfinis dans la zone afin d'effectuer un positionnement absolu, tandis qu'une deuxième caméra utilise la structure du plafond pour estimer le mouvement.

Sa mobilité et son indépendance énergétique permettent au BionicMobileAssistant d'être utilisé de manière flexible pour différentes tâches dans des endroits variables – dans un esprit de production en constante évolution.

Nombreuses possibilités d'application

Le système serait idéal pour une utilisation en tant qu'assistant direct aux personnes, par exemple en tant que robot de service, pour donner un coup de main dans l'assemblage ou pour assister les opérateurs dans des tâches pénibles, non-ergonomiques ou répétitives. Il pourrait également être utilisé dans des environnements dans lesquels les hommes ne peuvent pas travailler, par exemple en raison de dangers ou d'un accès restreint.

Main dans la main avec les hommes

Grâce au concept modulaire, le BionicSoftHand 2.0 peut également être rapidement monté sur d'autres bras robotisés et mis en service. Combiné avec le BionicCobot ou le BionicSoftArm , la pince forme un système robotique entièrement pneumatique qui, grâce à sa flexibilité inhérente, peut travailler main dans la main avec les hommes.