BionicMobileAssistant

BionicMobileAssistant

Système robotisé mobile avec main de préhension pneumatique  

Le BionicMobileAssistant se déplace de manière autonome dans l’espace et peut détecter des objets de manière indépendante, les saisir de manière adaptative et les traiter en collaboration avec l’humain. Le traitement des informations saisies est effectué par un réseau neuronal qui a été préalablement entraîné à l’aide de la Data Augmentation.

 

À l’avenir, les opérateurs et les robots travailleront de plus en plus étroitement ensemble. C’est pourquoi chez Festo, nous nous consacrons intensément aux systèmes qui pourraient soulager l’humain par exemple dans ses activités monotones ou potentiellement dangereuses tout en représentant nul risque. L’intelligence artificielle joue ici un rôle central.

Système d’assistance modulaire

En coopération avec l’ETH Zurich est ainsi né le BionicMobileAssistant, qui se compose de trois sous-systèmes : un robot mobile, un bras de robot électrique et la BionicSoftHand 2.0. La pince pneumatique est inspirée de la main humaine et est une évolution de la BionicSoftHand de 2019.

DynaArm : bras de robot dynamique avec une puissance cumulée élevée

Le DynaArm, un bras de robot électrique, permet d’effectuer des mouvements rapides et dynamiques. Ceci est assuré par sa construction légère avec des modules d’entraînement hautement intégrés ne pesant qu’un kilogramme. Dans ces DynaDrives, le moteur, l’engrenage, l’électronique de contrôle du moteur et les capteurs sont installés dans un espace très restreint. En outre, le bras a une puissance cumulée élevée qui, avec un kW à 60 Nm de couple moteur, dépasse de loin celle des robots industriels classiques.

Grâce à un contrôle des forces basé sur des modèles et à des algorithmes de régulation pour compenser les effets dynamiques, le bras peut bien réagir aux influences extérieures et donc interagir de manière très sensible avec son environnement. Il est commandé depuis le Ballbot via un bus de communication EtherCAT. Grâce à sa conception modulaire, le DynaArm peut être rapidement mis en service et facilement entretenu.

Ballbot : application robotisée avec actionneur spécifique

Le Ballbot est basé sur un concept d’entraînement sophistiqué : il s’équilibre sur une sphère entraînée par trois roues holonomes. Cela permet au BionicMobileAssistant de manœuvrer en tous sens. Le robot ne touche le sol qu’à un seul endroit à la fois et peut donc naviguer dans des passages étroits. Afin de maintenir son équilibre, il doit se déplacer continuellement. La planification et la coordination des mouvements sont effectuées par des algorithmes de planification et de régulation, qui sont stockés dans un ordinateur puissant dans le corps du Ballbot.

La stabilité du robot est réalisée de manière purement dynamique – en cas d’influences extérieures, le Ballbot peut rapidement mettre la sphère en rotation et ainsi garder son équilibre. À l’aide d’une unité de mesure inertielle et d’encodeurs de position sur les roues, il enregistre ses mouvements et l’inclinaison relative du système. Sur la base de ces données, un programme d’optimisation calcule comment le robot et le bras doivent se déplacer pour amener la main dans la position cible et stabiliser le robot en même temps.

Les doigts de la main du robot pneumatique sont constitués de soufflets flexibles avec des chambres à air, recouverts d’un tricot textile ferme et en même temps souple. La main est ainsi légère, souple, adaptative et sensible tout en restant capable d’exercer des forces considérables. Comme pour la BionicSoftHand de 2019, les doigts pneumatiques sont également commandés par un terminal de distributeurs compact à distributeurs piézoélectriques, monté directement sur la main.

Pince sensible au doigté délicat

La main porte un gant avec des capteurs de force tactiles sur le bout des doigts, la paume et les faces extérieures de la main de robot. De cette façon, elle peut sentir la dureté de l’objet à saisir et sa bonne tenue dans la main, et adapter sa force de préhension à l’objet en question – tout comme nous, les humains. De plus, une caméra de profondeur est située à l’intérieur du poignet pour la détection visuelle des objets.

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Détection d’objets via 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 recouverts. Après un apprentissage correspondant, la main peut également évaluer les objets sur la base des données enregistrées et ainsi distinguer le bon du mauvais, par exemple. Les informations sont traitées par le réseau neuronal qui a été préalablement entraîné à l’aide de la Data Augmentation.

Enregistrements exhaustifs grâce à la Data Augmentation

Afin d’obtenir les meilleurs résultats possibles, le réseau neuronal a besoin de beaucoup d’informations avec lesquelles il peut s’orienter. Cela signifie que plus il dispose d’images d’apprentissage, plus il est fiable. Comme cela prend généralement beaucoup de temps, une multiplication automatique de la base de données s’avère pertinente.

Cette procédure est appelée Data Augmentation. En modifiant légèrement quelques images sources – par exemple, avec des arrière-plans, des conditions d’éclairage ou des angles de vue différents – et en les dupliquant, le système obtient un ensemble de données exhaustif avec lequel il peut travailler de manière indépendante.

  • BionicMobileAssistant

    Système d’assistance tout en sécurité : Ballbot, DynaArm et BionicSoftHand 2.0 en action

  • BionicMobileAssistant

    Détection visuelle d’objets : une caméra de profondeur sur le poignet

  • BionicMobileAssistant

    Apprentissage numérique : la Data Augmentation pour l’apprentissage du réseau neuronal

  • BionicMobileAssistant

    Sécurité de manœuvre : même s’il est poussé, le Ballbot s’équilibrera et ne chutera pas.

  • BionicMobileAssistant

    Traction optimale : les trois roues holonomes sont également entraînées chacune par un DynaDrive.

  • BionicMobileAssistant

    Navigation autonome : orientation dans l’espace à l’aide d’une seconde caméra

  • BionicMobileAssistant

    Alimentation pneumatique mobile : la cartouche pour la main pneumatique est intégrée dans le bras supérieur

  • BionicMobileAssistant

    Concept modulaire : la BionicSoftHand 2.0 sur le BionicCobot

Intervention mobile sur des sites changeants

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 intégrée dans le bras supérieur. Ainsi, le robot n’est pas seulement mobile, il peut aussi se déplacer de manière autonome.

Les algorithmes stockés sur l’ordinateur superviseur contrôlent également les mouvements autonomes du système. Ils planifient dans une perspective d’avenir la façon dont le bras et la balle doivent se déplacer pour atteindre certains points cibles tout en gardant l’équilibre. À l’aide de deux caméras, le robot s’oriente indépendamment dans l’espace : une caméra recherche des points fixes prédéfinis dans l’environnement pour se positionner de manière absolue, tandis qu’une seconde caméra utilise la structure du plafond pour estimer le mouvement.

Sa mobilité et son autosuffisance énergétique permettent au BionicMobileAssistant d’être utilisé de manière flexible pour différentes tâches sur des sites changeants – en accord avec l’environnement de production en constante évolution.

Possibilités d’application multiples

Le système serait prédestiné à être utilisé comme un assistant direct de l’humain, par exemple comme robot de service, comme aide au montage ou pour soutenir les opérateurs dans un travail ergonomiquement stressant ou monotone. Il pourrait également être utilisé dans des environnements où les personnes ne peuvent pas travailler, par exemple en raison de dangers ou d’une accessibilité limitée.

Main dans la main avec l’humain

Grâce à son concept modulaire, la BionicSoftHand 2.0 peut également être rapidement montée et mise en service sur d’autres bras de robot. Combiné avec le BionicCobot ou le BionicSoftArm, la pince constitue, par exemple, un système robotisé entièrement pneumatique qui peut travailler main dans la main avec l’humain en raison de sa conformité inhérente.