I N T E R A C T I V E R O B O T I C S TÉLÉOPÉRATION : DU MAÎTRE ESCLAVE MÉCANIQUE À LA COMMANDE RÉFÉRENCÉE

MODÈLE15-16 Janvier 2014 - GDR - Journées "Travail Sous-marin" | Olivier DAVID

odavid@cea.fr

Téléopération: contexte historique

Antiquité 1900-1950 1948-1949

objets chauds Matériaux radioactifs –pinces 4ddl

Goertz (USA) Premier Manipulateur Maître esclave mécanique

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1961 1964 1972

Goertz- Premier Maître Esclave Electrique. ANL model 3

Vertut. Fonction d’indexage. La Calhène MA11

Flatau-Vertut Servomanipulateurs à commande bilatéraleMa22

Téléopération: contexte historique

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1976 2000 Aujourd’hui

Vertut – Coiffet Manipulateur Ma23Débuts sur la standardisation Prémices de la téléopération assistée par ordinateur

Systèmes génériquesAssociation de maîtres et esclaves de cinématiques et technologies différentes

Introduction de modèles 3D, couplage multilatéral, fonction d’assistances

Téléopération: contexte historique

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Noyau Modules spécifiques

Modules générauxGestion des repèresLibrairie MathématiqueBoucles d’asservissementCommunication inter- équipement…

Modules annexes:Génération de trajectoire Gestion des Mécanismes virtuelsInterface de réglage…

Pilotes entrées/sorties (haut et bas niveau)Modèles géométriques Développements spécifiques:

•Comportement dans les singularités• relation d’inter-dépendance et gestion des redondances (ddl > 6)•Modèles flexibles•…

TAO : UN CONTRÔLEUR GÉNÉRIQUE

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TAO CONTROL

POSITION FORCE

CONTROLLER

MULTILATERAL MASTER/SLAVE CONTROLLER

POSITION FORCE

CONTROLLER

XMd

XMm

XMd

XMm

ISO 17874-3" Remote handling devices for radioactiv e materials - Part 3: Electrical master-slave manipula tors"

TAO controller features:• Force feedback master/slave

control• Robotics trajectory control• Cartesian/joint position control• Virtual Mechanisms• Position/force homothetic setting• Gripper pursuit with camera• 3D graphical supervisor

TAO : UN CONTRÔLEUR GÉNÉRIQUE

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TAO : DES APPLICATIONS INDUSTRIELLES

Pour la maintenance Utilisation d’un robot industriel Stäubli5 interventions en chaud à la Hague depuis 2005

Pour l’exploitation des cellules chaudesAmélioration du MT2000Opérationnel depuis 2 ans , gain d’un facteur 2 sur la productivité

DémantèlementPartenariat avec Cybernetix pour:

Développement d’un robot hydrauliqueIndustrialisation Apport du retour d’effort :

- x2 sur la productivité pour la mise en fût- diminution significative du bris d’outils

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TAO : PILOTER DES INTERFACES HAPTIQUES

Objectifs:Interfaces à retour d’effort Bras maître pour la téléopérationOutils pour applications de Réalité Virtuelle

Technologies:Architectures adaptées à la tâcheActionneurs à haut rendementElectronique intégrée et contrôle embarqué

Haption spin off

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INTÉGRATION DES OUTILS DE RÉALITÉ VIRTUELLE

Modèles:• Import direct depuis la CAO (CATIA, Solidworks…) sous la forme d’objet 3DXml

• Utilisation des librairies développées au Laboratoire de Simulation Interactive (CEA List DIASI) • Suite XDE (eXtended Dynamic Engine) licence gratuite pour les utilisations non commerciales

http://www.kalisteo.fr/lsi/en/aucune/a-propos-de-xde

• Basé sur un calcul de distance minimale temps réel (ms) entre les différents objets de la scène

Interfaces• Conçues au laboratoire

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INTÉGRATION DES OUTILS DE RÉALITÉ VIRTUELLE

Pour des applications :• De conception de nouvelles machines

• Etudes ergonomiques

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INTÉGRATION DES OUTILS DE RÉALITÉ VIRTUELLE

Création des outils de supervision :• Couplage n-latéral

• Commande référencée modèle

• Anti-collision active

• Suivi de guide virtuel

• Fonction de calibration

• Assistances opérateurs• Saisie de pièce

• Inhibition/activation de fonctionnalités

• …

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UTILISATION DES OUTILS DE SUPERVISION

Création des outils de supervision :• Outils génériques pour le pilotage de robots

• Ou de cobots

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UTILISATION DES OUTILS DE SUPERVISION

Assistance utilisateur: • Guides virtuels générés à la volée :

• Accélération, fiabilisation de la tâche

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UTILISATION DES OUTILS DE SUPERVISION

Assistance utilisateur: • Couplage entre plusieurs robots

• Création d’objet virtuels pour créer des fonctionnalités de gestion des occlusions visuelles

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Fonction de recalage:• Objectif : mise en conformité rapide du modèle et de la réalité

• Boîte à outils de fonctions de recalage:• Semi-automatique + vision

• Tactile (capteur d’effort)

Recherche d’éléments connus Vision + opérateur : processus semi-automatique

UTILISATION DES OUTILS DE SUPERVISION

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Une application à la téléopération sous-marine:• Projet Difis

UTILISATION DES OUTILS DE SUPERVISION

Contexte général (vidéo 3ds Max) Intégration d’objets mobiles dans l’environnement de supervision

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UTILISATION DES OUTILS DE SUPERVISION

Algorithmes probabilistes avec prise de décision

En cours d’intégration: • Nouvelles méthodes de recalage:

• Grande incertitude spatiale

• Modèle à géométrie complexe

• Focus sur la rapidité d’exécution

• Mécanismes de prise de décision

• Fusion de données (vision+effort)

• Outils de réalité augmentée:• Insertion temps réel du modèle dans la vue

caméra

• Fonctions d’assistance

• Commande à retard: • Systèmes prédictifs fonction de la distance

Fonctions de réalité augmentée

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DÉVELOPPEMENTS POUR LA MANIPULATION

Prototypes de mains bio-inspirés pour la manipulation dextre

Caractéristiques:4 / 5 doigts (13 et 24 ddl)Grande dextérité due au contrôle en effortSeuil de détection du contact 10g (pas de capteur)

ABILIS

HANDLE

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ROBOT ALFRED

• Objectif : • robotiser des tâches de manipulation qui n'ont

pas trouvé de solution automatisée satisfaisante jusqu'ici

• Maitrise de l’effort• Exécution de Tâches fines• Présence aux côtés de l’opérateur

Alfred• Effort • Endurance • Précision

Opérateur• Expertise• Intelligence• Capacité de décision

Tâche

• Actionnement hautement réversible par vis à bille et câble: • Maîtrise de l’effort sans ajout de capteurs ���� Réduction des coûts et robustesse• Légèreté et dextérité: ���� Sûreté intrinsèque• Interaction sans effort: ���� Gain en précision et programmation

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ROBOT ALFRED

• Dimensions : • ~1m entre épaule et poignet

• Performances attendues : • ~ 5-10kg• 500g de résolution en effort

• Utilisations : • Prolongement du geste • Parachèvement • Coactivité

Direction Recherche Technologique

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs

Laboratoire Robotique Interactive

Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies a lternatives

Institut Carnot CEA LIST

CEA SACLAY – DIGITEO MOULON - DRT/LIST/DIASI

Point courrier n°178 - 91191 GIF SUR YVETTE CEDEX

T. +33 (0)1 69 08 07 07

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