Equipe INSM – LSIS Vendredi 17 janvier 2014 Projet Vuitton Equipe INSM – LSIS Vendredi 17 janvier 2014

Contexte Projet cobotique s’inscrivant dans le domaine de la maroquinerie de luxe Objectifs : Proposer une solution technique innovante pour : Réduire les TMS (troubles musculo-squelettiques) des maroquiniers Décharger les maroquiniers des tâches ne demandant pas de savoir-faire particulier Permettre aux maroquiniers de se focaliser sur la tâche principale qui leur est confiée

Verrous Créer un système : Touchant plusieurs disciplines complexes : intuitif, simple à utiliser, rapide à prendre en main. Ne demandant pas de connaissances particulières Touchant plusieurs disciplines complexes : La robotique L’informatique La capture de mouvements Les systèmes de préhension L’ergonomie

Capture des mouvements La main est un outil très complexe : 70% des capacités motrices Degré de perfection inégalé 23 DDL + 6DDL pour le poignet Plus de 5000 gestes référencés Nombreux types de préhension basés sur l’opposition

Capture de mouvements La capture de mouvements consiste à analyser et exprimer le mouvement humain en termes mathématiques Il existe de nombreux systèmes qui s’appuient sur des techniques logicielles ou matérielles Leur prix est fonction de la technique utilisée, du degrés de précision recherché, de la sensibilité à l’environnement, etc.

Capture de mouvements Les techniques logicielles sont : Économiques Confortables (aucun matériel à porter) Adaptables à la taille de la main des utilisateurs Mais demandent : Une puissance de calcul importante Une phase de calibration avant utilisation (la plupart du temps) Et sont : Très sensibles à la lumière et aux occlusions Moins précise que les systèmes matériels (la plupart du temps)

Capture de mouvements Les techniques matérielles principales : Les exosquelettes (obligation de porter du matériel) Les systèmes magnétiques (très sensibles au métal) Les systèmes optiques (très sensibles à la lumière) Les gants de données (nécessité de porter des gants) Les caméras 3D Les souris 3D Les bras haptiques

Les systèmes de préhension Lorsque la capture de mouvements est réalisée, il faut reproduire le geste sur le robot (déplacement et orientation) Il en est de même pour le mouvement de préhension. Pour cela, le robot a besoin d’un outil qu’il faut placer au bout de l’effecteur. La préhension et le maintien d’objets sont des tâches essentielles pour les manipulateurs robotisés.

Les systèmes de préhension On trouve 4 grandes catégories de systèmes préhenseurs : Les systèmes d’aspiration Les pinces pneumatiques Les pinces hydrauliques Les pinces électriques Les systèmes les plus courants sont les pinces électriques et les pinces pneumatiques Une pince est constituée de doigts de préhension. Plus les doigts sont longs, moins la force est importante

Les systèmes de préhension Selon les pièces à saisir, on trouve différentes technologies :

Les systèmes de préhension Problématique dans notre cas : Les pièces à manipuler ne sont pas toutes de mêmes formes, de mêmes tailles, de mêmes poids, de mêmes matières Les pièces à manipuler sont « fragiles » et doivent être manipulées délicatement La manipulation ne consiste pas uniquement à prendre et déplacer un objet, il faut également pouvoir l’orienter dans tous les sens

Les systèmes de préhension Solutions existantes : Les pinces hydrauliques Principales sociétés : Schunk, Röhm Röhm peut fabriquer des pinces sur mesure à la forme de l’objet, mais ces pinces sont limitées à des charges de 1kg, Schunk fabrique des modèles à 3 doigts pouvant soulever jusqu’à 25kg mais la pince pèse déjà 7kg  Pas possible pour l’UR10

Les systèmes de préhension Solutions existantes : Ventouses à vide Principales sociétés : Schunk, Schmalz, Piab, Fipa Piab est spécialisé dans la manipulation de cartons ou de sacs en matière plastique Schmalz fabrique des pompes pour porter des sacs en toile ou des matériaux poreux pouvant aller jusqu’à 35kg.

Les systèmes de préhension Solutions existantes : Les systèmes pneumatiques Principale société : Schunk Ces pinces peuvent manipuler des pièces allant jusqu’à 40kg et ayant une taille de 10 à 22cm Malheureusement, le poids de ces pinces est de 20kg  Solution impossible avec l’UR10

Les systèmes de préhension Solutions existantes : Les systèmes électriques Principales sociétés : Schunk, Lacquey Schunk : Le poids des pince est trop important pour l’UR10 Lacquey : Prix très intéressant et poids de la pince très faible, mais ne permet de porter que des charges de 1kg avec une ouverture de la pince de 10 à 110mm

Les systèmes de préhension Solutions existantes : Les pinces poly-articulées Permettent une manipulation plus fine des objets Avec une grande précision et de la dextérité Nombreux degrés de liberté Mais leur prix est très important

Les systèmes de préhension Solutions existantes : Les pinces poly-articulées correspondant le plus à nos besoins : Barrett Hand Pince Robotiq Shunk Dextrous Hand La pince Robotiq est la plus abordable. Les 3 pinces se valent en termes de préhension Même si la Barrett et la Schunk ont une ouverture plus grande et que chaque phalange est contrôlable indépendamment.

Travaux réalisés Un état de l’art a été réalisé sur : La main et ses caractéristiques les systèmes de capture de mouvements Les différentes solutions de préhensions Les capteurs sensitifs permettant d’améliorer les capacités de la main Robotiq

Travaux réalisés Des développements sur différents systèmes de capture de mouvements : Le LeapMotion avec gestion de la position, de l’orientation de l’effecteur et de l’ouverture de la main Le Phantom Omni de Sensable avec gestion de la position et de l’ouverture de la main (l’orientation reste à faire)

Travaux réalisés Des développements sur la main robotique : Réalisation d’une classe C++ pour gérer la main Gestion complète de tous les mouvements réalisables (4 modes différents) et pour chacun des doigts indépendamment Des développements sur des capteurs de pressions devant apporter plus de sensibilité aux doigts de la main robotique. Acquisition des données brutes en temps réel Recalibrage des capteurs Conception d’un prototype de phalanges adaptées pour la main robotique