Soutenance mémoire
L’industrie 4.0 vise à mettre en place une nouvelle génération d’usines connectées, numérisées et robotisées en intégrant de nouvelles technologies telles que l’Internet des objets, l’intelligence artificielle (IA), la robotique collaborative, etc. Cette révolution contribue à rendre plus flexibles les activités de production pour permettre de franchir de nouvelles étapes : évolution de la production de masse vers la production personnalisée (customisée en franglais), meilleure accessibilité aux données via leur numérisation (digitalisation), développement d’outils de simulation pour la conception intelligente, pilotage supervisé et à distance des installations industrielles grâce au concept de jumeau numérique. L’ensemble de ces changements structurels et organisationnels vise à mieux répondre aux attentes du consommateur et s’inscrivent aussi dans une démarche de développement durable dont on connaît les enjeux en termes de sauvegarde de l’environnement et de survie de l’espèce humaine.
Les travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet CoRoT [1]. Au plein coeur des enjeux de l’industrie 4.0, ce projet vise à améliorer l’outil de production des entreprises manufacturières en particulier les petites et moyennes entreprises, par l’introduction de solutions robotisées conjuguées avec des outils numériques. CoRoT regroupe deux types de partenaires dans la zone France-Manche-Angleterre :
• Des partenaires académiques représentés par; l’Université Le Havre Normandie, l’ESIGELEC, le CESI, l’Université de Greenwich et l’Université d’Exeter.
• Des partenaires industriels qui sont BA Systèmes, Autofina et CERI.
Les manipulateurs mobiles et leurs milieux d’intervention
Un manipulateur mobile résulte d’une combinaison de deux fonctionnalités : la manipulation et la locomotion. La manipulation est réalisée via un ou plusieurs bras manipulateurs équipés ou non de préhenseurs et la locomotion est assurée par une plate-forme mobile. Généralement les bras manipulateurs à base fixe sont placés dans des espaces structurés avec un volume de travail limité et réalisent des tâches spécifiques, qui dépendent des degrés de liberté du bras manipulateur, de ses dimensions et des positions atteignables par le préhenseur. L’association de bras robotiques à des bases mobiles élargit le champ d’action de chacun, augmente son espace de travail et ouvre la possibilité à d’autres applications robotiques. En 2005 La Fondation Nationale pour la Science (NFS) et l’administration nationale de l’aéronautique et de l’espace des États-Unis (NASA) ont défini dans un workshop de la manipulation mobile autonome [2] que la manipulation mobile combine une grande variété de domaines de recherche, allant du contrôle des forces à la conception de mécanismes en passant par la vision par ordinateur. Un an plus tard dans un autre workshop de manipulation mobile autonome [3], cette dernière a été considérée comme une discipline relativement jeune dans le domaine de la robotique. Les manipulateurs mobiles de par leur diversité de formes ont fait l’objet de recherches approfondies afin de s’adapter à des missions dédiées et à des tâches précises. Ces missions sont caractérisées par des objectifs de nature différente : exploration, surveillance, intervention et manipulation. Les milieux d’exécution de ces travaux diffèrent; ils peuvent être terrestres, aquatiques, aériens ou spatiaux. La manipulation peut s’effectuer avec un ou plusieurs bras. Dans ce manuscrit l’étude est focalisée sur les manipulateurs mobiles avec un seul bras robotique. Nous pouvons distinguer quatre grandes familles de manipulateurs mobiles suivant le milieu dans lequel ils évoluent : sous-marin, aérien, spatial et terrestre.
Les manipulateurs mobiles sous-marins
Les manipulateurs mobiles sous-marins sont des engins sous-marins équipés de bras manipulateurs robotisés, capable d’accéder aux zones maritimes non accessibles aux plongeurs pour différentes applications, telles que le prélèvement des sédiments ou des espèces vivantes, la récupération des artefacts archéologiques, la pose des câbles de communication etc. Il existe trois types de manipulateurs mobiles sous-marins : les engins habités, les engins télé-opérés et les engins autonomes . Les robots télé-opérés sont généralement reliés par un câble à un navire pour leur pilotage et leur alimentation. Ils sont destinés à des zones maritimes non accessibles aux plongeurs pour des tâches de prélèvement, de manipulation, de mesure et d’acquisition de données . Les engins sous-marins autonomes accomplissent la même diversité de tâches que les engins habités ou télé-opérés à l’exception qu’il n’y a pas d’intervention humaine.
Les manipulateurs mobiles aériens
Les manipulateurs mobiles aériens sont des bras manipulateurs montés sur des drones ou UAV (Unmanned Aerial Vehicles) [5]. Ce type de manipulateur a ouvert la voie à d’autres applications grâce à leur capacité d’atteindre des zones hors de portée des robots terrestres. Le domaine de la manipulation aérienne innove pour développer des manipulateurs mobiles capables d’effectuer un ensemble de tâches telles que l’assemblage et la construction de structures, la préhension et le transport, le pick-and-place ou l’inspection et la maintenance des installations.
Les manipulateurs mobiles spatiaux
Les manipulateurs mobiles spatiaux sont des robots conçus pour l’exploration spatiale. est le premier robot dédié à cette fonction. Elle est composée d’un orbiteur équipé d’un bras, d’un réservoir et de propulseurs. Elle est capable de transporter de gros satellites depuis et vers l’orbite terrestre [9]. D’autres manipulateurs mobiles spatiaux, les rovers [10][11] sont dédiés aux missions sur Mars comme les robots Spirit, Opportunity et Curiosity . Ils possèdent une plate forme mobile à 6 roues afin d’atterrir et se déplacer ainsi qu’un ou plusieurs bras manipulateurs pour saisir des échantillons du sol de Mars et les analyser avec leurs instruments embarqués.
Les manipulateurs mobiles terrestres
Les manipulateurs mobiles multipèdes
Les manipulateurs mobiles multipèdes possèdent une ou plusieurs pattes et ont une capacité de locomotion basée sur la marche. Ils disposent aussi de capacités de manipulation et d’interaction avec l’homme à l’aide de dispositifs de perception de l’environnement. Les humanoïdes sont les plus populaires. Ces derniers sont des robots anthropomorphes qui présentent des fonctionnalités inspirées de celles des humains. Généralement un robot multipède peut se mouvoir dans des environnements moins structurés tel qu’un terrain rocheux s’il arrive à déterminer les zones accessibles et qu’il est équipé des pattes adaptées. Ces manipulateurs mobiles sont largement étudiés dans la littérature ainsi que la recherche qui est toujours active à ce jour avec ce type de robot. Ce livre [12] est une revue récente des robots humanoïdes. De nombreux manipulateurs mobiles multipèdes ont été conçus pour différentes applications; comme des applications de service en éducation, en assistance aux personnes âgées, en milieu médical, pour la recherche scientifique et les compétitions robotiques.
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Table des matières
Introduction Générale
0.1 Organisation du manuscrit
0.2 Publications associées à cette thèse
1 Les manipulateurs mobiles : État de l’art
1.1 Les manipulateurs mobiles et leurs milieux d’intervention
1.1.1 Les manipulateurs mobiles sous-marins
1.1.2 Les manipulateurs mobiles aériens
1.1.3 Les manipulateurs mobiles spatiaux
1.1.4 Les manipulateurs mobiles terrestres
1.2 La mécatronique des manipulateurs mobiles à roues
1.2.1 La plate-forme mobile « à roues »
1.2.2 Les bras manipulateurs
1.2.3 Les préhenseurs
1.2.4 Les applications des manipulateurs mobiles à roues
1.3 Instrumentation des manipulateurs mobiles
1.3.1 Capteurs usuels en robotique de manipulation
1.3.2 Capteurs usuels en robotique mobile
1.3.3 Le traitement d’image
1.4 Commande des manipulateurs mobiles
1.4.1 Commande des bras manipulateurs
1.4.2 Commande des robots mobiles
1.4.3 Commande des manipulateurs mobiles
2 Alimentation robotisée autonome d’une machine-outil
2.1 Le projet CoRoT
2.1.1 Le contexte du projet
2.1.2 Les finalités du projet
2.1.3 Les livrables du projet
2.2 Le cas d’étude GREAH
2.2.1 Le scénario
2.2.2 La plate-forme robotique utilisée
2.2.3 Principes de navigation d’un manipulateur mobile
2.2.4 Principes de manipulation robotique
2.3 Mise en oeuvre du cas d’étude
2.3.1 Navigation du manipulateur mobile
2.3.2 La saisie et la dépose des pièces par le manipulateur mobile
2.3.3 La communication avec la machine d’usinage
3 La saisie des pièces basée sur l’apprentissage profond
3.1 L’identification de l’objet par apprentissage profond
3.1.1 YOLO
3.1.2 L’apprentissage par transfert
3.2 Le cas d’étude GREAH : Saisie de pièces par préhension adaptative
3.2.1 Les objectifs
3.2.2 Description de la plate-forme robotique
3.2.3 Le processus de préhension d’objet
3.2.4 Les étapes de pick-and-place avec préhension adaptative
3.3 Les résultats expérimentaux
4 Modélisation et évaluation des incertitudes de pose d’un manipulateur mobile
4.1 État de l’art sur l’alimentation robotisée des machines
4.2 Modélisation de la précision de positionnement d’un manipulateur mobile
4.2.1 Modélisation de la précision du bras manipulateur
4.2.2 Modélisation de la précision du robot mobile
4.2.3 Modélisation de la précision du manipulateur mobile
4.3 Stratégie optimale pour un assemblage contraint
Conclusion
Bibliographie
