Le ahier des harges

La synthèse de l'état de l'art et l'étude du besoin ont pour obje tif d'analyser les

besoins d'une installation dédiée au retour d'eort dans son ontexte. Le ahier des

harges suivant traite des ara téristiques re ommandées pour le mi romanipulateur,

lesinterfa es haptiquesetle ouplage.

Performan es

Un mi romanipulateur possède en général de très bonnes performan es en résolution

spatiale.Lesdistan esappréhendéessontdel'ordredunanomètretant pourles

a tion-neursque les apteurs. Le ratio résolution (

≈ 1nm

) - espa ede travail (

≈ 100µm

) est de

1 : 10⁵

.Lamaindel'opérateurnedisposepasd'untelratio:lesinterfa esautorisent moinsd'undemi-mètred'espa edetravailpourunesensibilitédequelquesmillimètres.

Larésolution spatiale du mi romanipulateur doitêtre ompatible ave elle de

l'inter-fa ehaptique.

Par ontre,unplusgrandsoindoitêtreportésurl'espa edetravail.Unenvironnement

ontraint rendl'opérateur moinsperformant. L'outil et l'interfa e doivent donner des

apa itésd'intera tionsurun granddomaine, aumoins elui donné parlavision dela

s ène.Or,les mi romanipulateursontengénéral undomainedemesuredefor elimité

parles ara téristiquesde l'outilou lephénomène utilisé.Cetteforte ontraintelimite

lenombrede andidatsdansles te hniquesde mi romanipulation.

Il est également important que l'outil soit rapide et puissant vis-à-vis de la tâ he à

ee tueran que elle- ipuisseêtre réalisée fa ilement etrapidement.L'opérateur

in-teragit de façon haptique et développe des eorts. Si les gains homothétiques ou les

performan es de l'outil ne sontpasbien réglés, ilrisquede sefatiguerrapidement.

La résolution temporelle est liée à l'é hantillonnage des systèmes à ommande

numé-rique.L'interfa e etlemi romanipulateur produisent dessignauxen es alier.

L'opéra-teurhumain perçoitdesdis ontinuités del'ordre delamillise onde.Il fautdon

appli-querdesfréquen esd'é hantillonnage supérieuresaukilohertz, fréquen espastoujours

disponiblessurlesmi romanipulateurs.Demême,pourexploiteraumieuxles apa ités

ta tileshumaines, les systèmes intégrés à labou le haptique doivent dans l'idéal

pos-séderunebande passantedesinformationssupérieureau seuiltemporelde per eption.

Au uneinterfa ehaptiqueetpeude mi romanipulateurssont aujourd'hui apablesde

tellesperforman es.

Sensations ta tiles

Cettedernière propriété est intrinsèquement liée à laqualité dessensationshaptiques

évaluéepar latransparen e. Un système transparent donne une sensation réaliste des

retards ou à faible bande passante. L'é hantillonnage, les frottements et l'inertie sont

souventla sour ede esmauvaisesperforman es.

Ladénitionde latransparen e donnéeparLawren e 47

est onsidéré ommeune

réfé-ren edansledomainedelatéléportation.Elleestainsidénitparlaplagefréquentielle

potentiellement transmise àl'opérateur par lesystèmetélé-opéré. Outre, laqualitédu

spe tre fréquentiel, ilest également important de veiller àtransmettre desamplitudes

ontrastées,andepermettreausenshumaindedis riminerles hangements.Latâ he

etles gainsdoivent êtreenvisagésdemanière àproduire unprol defor es fa ilement

identiable. Certainsmi romanipulateurs,tels quelespointesAFM,sontsoumis àdes

eorts d'ordres très diérents (dela entaine de

pN

au

mN

).Cette plage ne peut pas être rendue par une interfa e limitée à un ordre de grandeur (de1 à

∼

10

N

). Il faut don on evoir le ouplage ande rendreper eptible l'information utile.

Pour renfor erlasensation d'immersionde l'utilisateur,l'interfa e doitrappeler

intui-tivement l'outil demi romanipulation.Dansl'idéal, ellepourrait omporterlesmêmes

degrés de liberté et d'intera tion que l'ee teur. Un mi romanipulateur interagissant

dansleplandoitêtre oupléàuneinterfa eplane.Lapoignéedoitégalementse

rappro- herdelaformedel'outil.Unoutillongpeutêtreimitéparunstylet,unemi rosphère

par une poignée sphérique.

Sé urité

L'utilisateur manipule ette interfa e soit en la serrant dans samain soit en la

main-tenant ave le doigt.Il ne faut don pasoublier qu'il est dire tement en onta t ave

un robot a tif produisant des for es importantes. Le système peut blesser l'opérateur

s'iln'estpas orre tement ontrlé.Laprésen ed'organesnonpassifstels quelesgains

homothétiques du ouplage renfor e erisque.

Si un ouplage omplexe introduisant des ltres doit être é arté pour une meilleure

transparen eetpriseenmaindel'outil,lesautres omposantsdoiventse omporterde

manièreànepasentrainerd'instabilités.Plusieurspistesontétéprésentées dansl'état

de l'art. La te hnique de mi romanipulation peut être hoisie de manière à éviter les

phénomènesdynamiques brusques.Desraideurs faiblesde l'outil etun environnement

visqueux peuvent agir enfaveurde lastabilitésans perturberlatransparen e.

Stratégie de manipulation

En mi romanipulation, les stratégies de préhension sont variées et font appel à des

phénomènes tels quel'adhésion, la dépression, la apillarité, les hamps magnétiques,

éle tromagnétiques, éle trostatiques... Par ontre, au niveau ma ros opique, la

diver-sité des stratégies de manipulation se ara térise plutt par les nombreux degrés de

libertédelamainhumaine,durobotmanipulateur, lenombrededoigtsdupréhenseur

et la ollaboration entre plusieurs outils. L'opérateur est don plus familier ave des

préhenseurs multi- onta t que des eets de lévitation ou de surfa e. Une réexion

doit être menée sur e point pour déterminer si un opérateur de mi romanipulation

(a) (b)

Figure 1.13  (a) En ombrement visuel d'une s ène de manipulation ave 2 doigts AFM

(d'après[Bolopion2010℄).(b)VuelatéraledelapointeAdvan edTECFM hezNanosensors

mi romanipulateur et l'interfa e doivent idéalement être modulables pour la mise en

pla ede diérents types destratégies.

De même, le lâ her de l'objet est également une sour e de préo upation. Les

stratégies par dépose dynamique 48

ne sont pas ompatibles ave un rendu haptique.

Lesstratégies deroulement 49

demandent dessour esd'informations importantes pour

unrenduréel desintera tions 50

.Depréféren e, lesystème demi romanipulation doit

éviterdesstratégies de lâ heroù lerenduhaptiquen'est paspossible.

Unautrepoint limitant pour lamanipulationestl'immersionvisuelle.Lesmi ro-outils

peuvent prendre une pla e importante dans l'image et gêner l'opérateur dans la

prédi tion detraje toire (voir gure1.13(a)).Pour de bonnes onditions de mi roma-nipulation ave ou sans retour haptique, il est né essaire que l'opérateur onnaisse

la position des objets. Car es derniers peuvent entrer en onta t ou être o ultée

par l'outil. Par exemple, l'AFM utilisé dans la gure1.13(b) a été optimisée an que la pointe soit orientée vers l'avant (Advan edTEC FM hez Nanosensors) plutt que

sous la poutre. Une zone de onta t visible améliore la visualisation de l'intera tion

ave l'é hantillon. En omparaison, les te hniques sans onta t sont plus adaptées et

fa ilitent grandement la vuede las ène.

E onomique

L'apport du système pour l'opérateur doit être une amélioration de la prise en main.

Ce dernier doit pouvoir réaliser rapidement une tâ he sans onnaissan e préalable

du système, voire de la mi romanipulation. Le temps gagné sur la formation et

l'adaptationàlatâ herentabilisel'investissement.Lesystèmedoitêtresimple,intuitif

etenmême temps exible pour intégrer unlarge domaine d'appli ation. La te hnique

demi romanipulation utiliséedoitêtre répandueetfa ileà omprendre.

Les oûts supplémentaires induits par le retour d'eort doivent être faibles. Les

interfa es haptiques utilisées doivent être bon mar hé. Une réévaluation de leur

48 . [Haliyo2004℄ 49 . [Dionnet2004℄

degré de liberté et de leur espa e de travail en fon tion des besoins spé iques de la

mi romanipulation peutégalement abaisser les prix.

Le tableau 1.2 résume les diérents points lefs pour un système de télé-mi romanipulation idéal.

Performan es Degrésdeliberté 3translations

Puissan e du

mi ro-outil

Trèssupérieureauxintera tionsdumilieu

Résolutionspatiale Peurestri tive, ar adaptéeau ratio

réso-lution/espa edetravaildel'interfa e

Résolutiontemporelle Elevée (

> 1 kHz

)

Espa edetravail Grand,del'ordredelas ène

Sensation Transparen e Del'ordredelabandepassante du

mi ro-outil

Peu de frottements et d'inertie dans les

omposants

Eorts Au minimum tridimensionnel en

transla-tion

Amplitudes ontrastées

Immersion Mimétismeentre l'interfa eetl'outil

Sé urité Stabilité Amortissementnatureldumilieu

Limitation des phénomènes d'adhésion et

desfortesdynamiques

Stratégie Préhension Possibilitédeparallélismepourla

ollabo-rationentreplusieursmains,doigtsou

uti-lisateurs

Lâ her Possibilité de mesures de for es durant

ettephase

En ombrement Mi ro-outilspeuvolumineuxparrapportà

las ène

É onomique Priseenmain Rapide

Au une onnaissan ete hniquené essaire

Coût A essible pour des organismesde

forma-tion

Diusion Mi romanipulateurrépanduetexible

Table1.2Résumédes ara téristiquesessentielles pourla on eption d'unsystèmede

Figure 1.14  Développement d'interfa es haptiques pour la mi romanipulation : a.

[Khan2009a,Khan2010℄,b.[Millet2009℄, .[Gosline2007℄,d.[Shirinov2003℄e.[Letier2003℄, f.[Venant2010℄

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