Manipulateur mobile

Le manipulateur mobile est de nos jours un terme répandu qui fait référence à des systèmes de robot construits à partir d’un bras de manipulateur robotique monté sur une plate-forme mobile. Ces systèmes combinent les avantages des plates-formes mobiles et des bras manipulateurs robotiques et réduisent leurs inconvénients. Par exemple, la plate-forme mobile étend l’espace de travail du bras, tandis qu’un bras offre plusieurs fonctionnalités opérationnelles.

La description
Un système de manipulation mobile offre un double avantage de mobilité offert par une plateforme mobile et de dextérité offerte par le manipulateur. La plate-forme mobile offre un espace de travail illimité au manipulateur. Les degrés de liberté supplémentaires de la plate-forme mobile offrent également à l’utilisateur plus de choix. Cependant, le fonctionnement d’un tel système est difficile en raison des nombreux degrés de liberté et de l’environnement non structuré dans lequel il fonctionne.

Composition du système général:

Plate-forme mobile
Robot manipulateur
Vision
Outillage

Motivation
Pour le moment, la manipulation mobile est une préoccupation majeure dans les environnements de développement et de recherche. Des manipulateurs mobiles, autonomes ou téléopérés, sont utilisés dans de nombreux domaines, tels que l’exploration spatiale, les opérations militaires, les soins à domicile et les soins de santé. Cependant, dans le domaine industriel, la mise en œuvre de manipulateurs mobiles a été limitée, bien que les besoins en automatisation intelligente et flexible soient présents. De plus, les entités technologiques nécessaires (plates-formes mobiles, manipulateurs de robots, vision et outillage) sont, dans une large mesure, disponibles en tant que composants disponibles dans le commerce.

Cela s’explique par le fait que les industries manufacturières agissent traditionnellement et sont donc réticentes à prendre des risques en mettant en œuvre de nouvelles technologies. De même, dans le domaine de la manipulation mobile industrielle, l’optimisation des technologies individuelles, en particulier des manipulateurs de robots et de l’outillage, a été au centre des préoccupations, tandis que l’intégration, l’utilisation et l’application ont été négligées. Cela signifie que peu d’implémentations de robots mobiles, dans des environnements de production, ont été rapportées – par exemple, et.

Composants
Plateforme robotique mobile
En tant que base mobile, les systèmes de transport classiques sans conducteur et les robots mobiles sont utilisés. L’utilisation d’un robot mobile présente l’avantage de pouvoir naviguer librement et de manière autonome dans la pièce et donc au manipulateur en cas de problème (cible hors de portée, manipulation de la position actuelle de la cinématique impossible, changement de la position des pièces à usiner, etc.) peut directement soutenir au lieu de le transporter uniquement à une position fixe. La maniabilité de la plate-forme est très importante. Contrairement aux FTS, un robot mobile peut également approcher des positions attribuées de manière dynamique à tout moment. Cependant, la cinématique différentielle classique, notamment à proximité immédiate de postes de travail, atteint ses limites et le robot ne peut être déplacé que par des manœuvres plus ou moins compliquées. Les disques omnidirectionnels sont de plus en plus populaires.

Options de stockage
Si le manipulateur mobile doit également transporter efficacement des objets, il doit être équipé d’installations de stockage appropriées. Ceux-ci peuvent, avec une conception appropriée, également être utilisés pour permettre le changement de la poignée, sans qu’un deuxième bras soit utilisé. (Par exemple, une bouteille de bière qui a été retirée de la boîte à la fermeture doit être garée et saisie sur le corps avant de pouvoir être versée). Des options de stockage plus importantes rendent le travail du robot plus efficace en principe, mais rendent également plus difficile la navigation dans le véhicule.

Bras manipulateur
Cela peut être à la fois un robot industriel et un bras robotique spécialement développé. Avec une sélection de bras robotiques petits et légers maintenant disponibles dans le commerce, l’utilisation de bras auto-développés a considérablement diminué. (Voir aussi: bras manipulateur flexible)

Pince
L’effecteur final doit être sélectionné en fonction de l’élément à manipuler. Les pinces anthropomorphes à multiples doigts en mouvement sont de plus en plus disponibles et sont principalement utilisées dans la recherche.

Traitement d’image
Lorsque le robot doit manipuler des pièces dans l’environnement de travail, un système de traitement d’image est presque toujours requis. Si seuls des mouvements de bras fixes doivent être effectués, le décalage entre la position actuelle et la position de la plate-forme utilisée pendant l’entraînement doit au moins être déterminé et pris en compte. Afin de prendre en charge les tâches des travailleurs humains, le robot doit également faire face à des parties plus ou moins désordonnées (également appelées « poignée dans la boîte ») ou à des emplacements de stockage variables.

Contrôle de coordination
Les commandes individuelles des robots mobiles et des bras robotiques sont utilisées depuis des décennies et sont bien développées. Lors de la combinaison des deux systèmes, cependant, un très grand nombre d’erreurs possibles et de problèmes surviennent, ce qui rend nécessaire l’ajout d’un contrôle de coordination supplémentaire. Surtout, cela devrait trouver des solutions indépendamment si la manipulation ordonnée ne peut pas être effectuée, mais il serait possible de le faire d’une autre pose. Il est utile de contrôler l’ensemble du système en tant que chaîne cinématique fermée, ce qui est extrêmement difficile à mettre en œuvre dans la mise en œuvre en raison de la redondance élevée.

Système de sécurité
En principe, il est possible d’utiliser les dispositifs de sécurité utilisés pour les bras manipulateurs stationnaires ou les véhicules autonomes normaux, ainsi que pour les manipulateurs mobiles.Cependant, lorsqu’un manipulateur mobile partage la zone de travail avec des personnes ou au moins avec d’autres véhicules, le système de sécurité est soumis à des exigences totalement nouvelles et très strictes, car de nombreuses situations dangereuses peuvent se produire.

Avantages et inconvénients
Lorsque vous combinez des plates-formes mobiles robotiques avec des bras robotiques, les avantages et les inconvénients qui en résultent sont supérieurs à la somme de leurs composants respectifs.

Avantages:

La portée des fonctions et les applications possibles sont des sauts et des limites.
L’ensemble du système robotique devient nettement plus indépendant des systèmes de support (stations de chargement et de déchargement, équipement de manutention, équipement de transfert, …) et peut ainsi, au moins théoriquement, devenir meilleur marché.
Les manipulateurs mobiles permettent également d’automatiser des activités physiques plus complexes qui auparavant ne pouvaient être effectuées que par des humains et causent souvent des problèmes de santé en raison de l’exercice.
Le système global peut réagir avec beaucoup plus de souplesse face aux imprécisions et aux écarts, par exemple en suivant la base du bras lorsqu’un objet n’est pas directement accessible.

Désavantage:

En raison des exigences des deux composants, ceux-ci interfèrent souvent les uns avec les autres:
Le bras a besoin d’une grande base stable pour fonctionner efficacement, mais la plate-forme doit être petite et légère pour naviguer efficacement.
Plus les temps de cycle de la plate-forme sont courts, plus elle doit conduire vite et moins les positions cibles sont précises. Plus la position de départ du bras est imprécise, plus les corrections nécessaires sont longues.
Pour augmenter la durée de vie d’une plate-forme alimentée par batterie, le poids total et la consommation d’énergie doivent être minimisés. Cependant, un bras de robot fonctionne d’autant mieux que plus il combine de fonctions (et donc généralement de composants supplémentaires).
Le fait que l’environnement de travail du bras change constamment, de nombreuses structures auxiliaires précédemment utilisées (alimentation en pièces par rapport à la position finale définie du bras, positions de transfert non modifiables pour les composants, éclairage défini, etc.) ne sont plus ou très difficilement exploitables. utilisation.
En outre, de nombreux manipulateurs mobiles ne sont pas assez flexibles pour être utilisés pour des tâches qui changent rapidement. C’est l’un des principaux obstacles à une utilisation généralisée, même dans les petites et moyennes entreprises.
Lors de l’interaction avec des personnes, de nouvelles situations dangereuses apparaissent, qui imposent des exigences accrues en matière de technologie de sécurité et limitent considérablement la proportion de solutions exécutables par rapport aux solutions déjà techniquement réalisables.
Il n’existe actuellement aucune norme, directive ou proposition de conception entièrement conforme pour ce type de robot, ce qui rend difficile la prévision des conséquences juridiques potentielles d’une blessure ou d’un dommage.
Avec le nombre croissant d’options, des exigences disproportionnellement plus élevées sont également imposées à la commande de l’ensemble du système, notamment en ce qui concerne la gestion autonome des erreurs. Cela augmente également le risque d’arrêt de la machine.

Zones d’application
Les champs d’application potentiels des manipulateurs mobiles sont variés et ne sont actuellement pas totalement prévisibles. Certaines applications connues sont:

Services de livraison à domicile
Sous l’application généralisée de la bière, les getten sont principalement utilisés dans des projets de recherche dans le domaine de la robotique de service, de préférence à des fins de démonstration, qui concernent également les ménages et sont donc efficaces dans les médias. Le défi scientifique dans ces tâches est généralement beaucoup plus élevé que les avantages économiques attendus.

Se soucier
À mesure que la proportion de personnes âgées et dépendantes augmente, le besoin d’infirmières augmentera également. On prévoit que d’ici 2050, la proportion de personnes nécessitant des soins triplera par rapport au nombre de personnes occupant un emploi. Par conséquent, dans le cadre de divers projets de recherche, notamment au Japon, les robots ont été durement entretenus.

Cueillette
Des projets de développement sont en cours pour utiliser des manipulateurs mobiles dans le choix de composants lourds ou difficiles à manier. Il y a des erreurs, qui peuvent causer des coûts de suivi élevés, sont évitées. En outre, les travailleurs humains sont libérés de tâches malsaines de longue durée, qui deviennent d’autant plus pertinentes que l’âge moyen de la main-d’œuvre augmente.

Chronologie

Année Nom du robot Société / Institut de recherche
1996 Hilare 2bis LAAS-CNRS, France
2000 Jaume Robotic Intelligence Lab, Université Jaume I, Espagne
2004 FAuStO Université de Vérone, Italie
2006 Neobotix MM-500 Neobotix GmbH, Allemagne
2009 Petit assistant Département de production, Université d’Aalborg, Danemark
2012 G-WAM Robotnik Automation & Barrett Technologies, Espagne et États-Unis
2013 UBR-1 Unbounded Robotics, États-Unis
2013 X-WAM Robotnik Automation & Barrett Technologies, Espagne et États-Unis
2015 CARLoS AIMEN, Espagne
2015 RB-1 Robotnik Automation & Kinova Robotics, Espagne et Canada

L’état de l’art
Un exemple récent est le manipulateur mobile « Little Helper » du département de production de l’université d’Aalborg.