Contribution à la manipulation dextre et à la synthèse de prise en vue de la commande de mains mécaniques

THESE

Pour l’obtention du grade de

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE POITIERS

(Faculté des sciences fondamentales et appliquées)

(Diplôme National – Arrêté du 7 août 2006)

Ecole Doctorale : SI-MMEA

Sciences et Ingénierie en Matériaux, Mécanique, Energétique et Aéronautique

Secteur de Recherche : Génie mécanique, productique, transport

Présentée par :

Naël DAOUD

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Contribution à la manipulation dextre et à la synthèse de prise en

vue de la commande de mains mécaniques

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Directeur de thèse : Marc ARSICAULT

Co-Directeur de thèse : Jean-Pierre GAZEAU

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Date de soutenance : Octobre 2011

Devant la commission d’examen

Jury

F. BEN OUEZDOU

Professeur, Université de Versailles

Rapporteur

G. POISSON

Professeur, Université d’Orléans

Rapporteur

F. QUAINE

Maître de Conférences, Université Joseph Fourier, Grenoble Examinateur

M. MAIER

Professeur, Université de Descartes

Examinateur

S. ZEGHLOUL

Professeur, Université de Poitiers

Examinateur

M. ARSICAULT

Maître de Conférences, Université de Poitiers

Examinateur

J.P. GAZEAU

Ingénieur de recherche, CNRS, Université de Poitiers

Examinateur

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Depuis quelques décennies, la robotique industrielle s’est fortement développée pour se substituer à l’homme dans la réalisation des tâches pénibles et répétitives. Ainsi l’industrie automobile a largement profité des progrès relatifs au développement des robots manipulateurs pour tout type de tâches manufacturières (soudure, peinture, opérations de « pick and place »,…). Afin de permettre à ces robots d’interagir avec leur environnement, de nombreux effecteurs spécialisés ont été développés pour s’adapter à la tâche visée ; ainsi sont apparus nombre de préhenseurs spécialisés et nombre d’outils spécifiques en guise d’effecteur.

Après cet essor industriel fort, la robotique n’a de cesse de vouloir dépasser les capacités de ces robots en les dotant de nouvelles fonctionnalités. L’enjeu pour demain est probablement de permettre à ces robots d’apprendre, de reconnaître, de s’adapter à de nouvelles situations, à de nouvelles tâches. Cette possibilité commence à voir le jour depuis quelques années avec les progrès importants relatifs au domaine de la mécatronique. La mécanique, l’électronique et l’informatique industrielle sont en effet au cœur de la conception robotique.

On comprend ainsi aisément qu’avec la robotique dite de « service », un robot de nouvelle génération devra posséder des capacités étendues afin de s’adapter de manière autonome et automatique à son environnement pour y réaliser des tâches variées afin de servir l’homme par exemple, dans sa vie quotidienne. On peut alors penser qu’avec les techniques issues de l’intelligence artificielle, on pourra doter le robot de capacités d’apprentissage ; les progrès importants relatifs à la vision et à l’instrumentation offriront de nouveaux horizons en matière de perception. Toutefois la finalité reste la capacité du robot à interagir et à réaliser une tâche ; ainsi l’effecteur reste un élément clé dans la conception robotique. A ce titre la main de l’homme offre un modèle universel capable de s’adapter à la réalisation de tout type de tâche. C’est ce qui a conduit de nombreux chercheurs en robotique à étudier la possibilité de permettre à un robot de reproduire les capacités de la main humaine avec une machine.

Depuis une vingtaine d’année, l’équipe poitevine s’intéresse au domaine de la manipulation dextre en robotique. C’est ce qui a conduit l’équipe à développer en 1996, une main mécanique polyarticulée à 4 doigts et 16 actionneurs. L’objectif est ainsi à terme de proposer une stratégie globale qui permet à l’aide d’une main robotique avancée de reproduire des capacités en préhension et en manipulation comparables à celles que l’homme peut produire. De nombreux travaux ont ainsi été conduits depuis une quinzaine d’années sur ces aspects ; des commandes en effort et en position ont permis de proposer des approches originales pour une mise en œuvre expérimentale d’opération de saisie et de manipulation d’objet dans un cadre quasi-statique [1] et [2]. L’ensemble de ces travaux ont été validés et expérimentés avec une main mécanique fixée dans son environnement. En 2009, avec le projet ANR ABILIS (Approches Bio inspirées pour La manipulation Intelligente et la Saisie), un nouvel enjeu était de mettre cette main mécanique en situation spatiale à l’extrémité d’un bras manipulateur afin qu’elle puisse directement interagir avec des objets placés dans son environnement.

Les travaux présentés dans cette thèse entrent dans le cadre de ce travail important qui a consisté à développer et mettre en œuvre cette nouvelle plateforme expérimentale dédiée à la manipulation dextre.

A travers le chapitre I, nous nous proposons dans un premier temps, d’étudier les mains robotiques les plus représentatives sur la scène internationale et leurs capacités. Cette analyse

Introduction

nous permettra d’extraire les verrous scientifiques et les limitations imposées par les choix effectués. Ensuite dans un second temps, nous présentons les moyens mis en œuvre sur le site poitevin pour conduire ces recherches en manipulation dextre. La mise en situation spatiale de la main mécanique à 16 actionneurs du LMS est ainsi présentée avec la nouvelle commande mise en œuvre pour assurer les premières expérimentations en manipulation dextre avec cette nouvelle plateforme robotique.

Le chapitre II est ensuite consacré à une problématique importante relative à la synthèse de prise. En effet la synthèse de la prise initiale d’un objet de forme complexe par une main artificielle reste un problème complexe en raison de la multiplicité des configurations de prises possibles, de la variété dans la forme et la dimension des objets à saisir pour une tâche visée. Nous nous sommes donc intéressés à explorer la possibilité de résoudre ce problème d’une manière globale en intégrant des critères propres à résoudre ce problème de la prise en intégrant la problématique relative au fait que l’on souhaite manipuler l’objet saisi. Afin d’aborder la résolution de ce problème, nous nous intéressons en premier lieu aux différents critères et aux différentes stratégies étudiées dans la littérature pour tenter de résoudre ce problème complexe. Ensuite sur la base de l’existant, nous présentons une nouvelle approche qui décompose le problème de la saisie en deux sous-problèmes : une première méthode permet de proposer une configuration de l’objet saisi dans la main à l’aide d’une approche basée sur l’expertise humaine, et une seconde méthode permet ensuite connaissant la configuration de l’objet dans la main, de déterminer les doigts impliqués dans la saisie ainsi que les points de contact entre l’objet et la main. Pour le projet ABILIS, nous avons également mis en œuvre, dans le cadre d’un travail collaboratif avec les collègues spécialistes des neurosciences, une stratégie ayant la même vocation de résolution de la synthèse de prise avec des mains artificielles. Nous présentons ainsi dans ce chapitre les résultats obtenus avec ces deux approches différentes et nous en tirons un certain nombre de conclusions. A l’issue de cette présentation, nous proposons une approche mixte qui permet en mixant cette approche roboticienne et cette approche neuroscientiste de la préhension d’offrir une résolution intéressante et robuste du problème de la synthèse de prise en vue de la manipulation fine d’objets.

Afin de compléter cette stratégie relative à la mise en œuvre de notre plateforme expérimentale dédiée à la manipulation dextre, nous nous sommes intéressés au sein du chapitre III au problème du repositionnement de l’objet dans la main en cours de manipulation. On rappelle que le repositionnement des doigts sur l’objet est possible avec une main mécanique polyarticulée. En effet trois doigts sont suffisants pour assurer une prise stable; dans les cas où la main est dotée de plus de trois doigts, il devient possible d’effectuer une opération de ressaisie en repositionnant les doigts tout en conservant la position et l’orientation de l’objet à l’intérieur de la main. Aussi afin de réaliser des mouvements d’amplitude importante, il est important de pouvoir au cours de la manipulation, dès lors qu’un doigt atteint une limite articulaire, ou bien dès lors qu’une collision objet/doigt intervient, reconfigurer les doigts sur l’objet sans modifier la position et l’orientation de l’objet saisi dans la main.Afin d’aborder la résolution proposée, une étude de l’existant concernant les stratégies mises en œuvre dans la littérature pour réaliser des tâches de manipulation et des reconfigurations d’objet en préhension robotique est proposée. Cette résolution du repositionnement des doigts sur l’objet en cours de manipulation est ensuite présentée et détaillée avec de nombreux exemples en simulation et en situation réelle au sein de la plateforme expérimentale ABILIS.

Enfin nous terminons ce rapport par une conclusion générale sur l’ensemble de ces travaux. Des perspectives possibles sont également proposées pour permettre de résoudre les

Introduction

limitations actuelles rencontrées dans l’exploitation de la plateforme et dans la mise en œuvre de nos expérimentations.

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Malgré le progrès scientifique et le saut technologique qui s’est produit durant la dernière décennie, que ce soit en mécanique, en électronique, en informatique, les chercheurs en robotique sont aujourd’hui encore loin de la main bionique capable de se substituer à la main de l’homme dans la réalisation des tâches qu’il est capable de produire. Un travail important est à conduire aussi bien du point de vue de la conception (miniaturisation, instrumentation, actionnement), que du point de vue de la commande et donc de la capacité de la main robotique à interagir en temps réel avec son environnement.

Avant de pouvoir prétendre contribuer à proposer des stratégies qui s’inscriront dans cette problématique liée à la manipulation dextre, il est important dans un premier temps au sein de ce premier chapitre, d’étudier les mains robotiques les plus représentatives sur la scène internationale et leurs capacités. Cette analyse nous permettra d’extraire les verrous scientifiques et les limitations imposées par les choix effectués.

Dans un second temps, nous présenterons les moyens mis en œuvre sur le site poitevin pour conduire ces recherches en manipulation dextre. Depuis 2009, l’axe ROBIOSS est impliqué dans le projet ANR ABILIS (Approches Bio-Inspirées pour La manipulation Intelligente et la Saisie). Dans ce contexte, nous avons mis en situation spatiale la main mécanique à 16 actionneurs du LMS ; la main est ainsi embarquée à l’extrémité d’un bras manipulateur industriel et une nouvelle commande a été mise en œuvre pour assurer les premières expérimentations en manipulation dextre avec cette nouvelle plateforme robotique.

I.2.Les mains robotiques et la manipulation dextre

A première vue, la thématique liée à la manipulation dextre pourrait sembler obsolète, surtout si l’on considère le fait que la manipulation d’objets en milieu industriel existe depuis de nombreuses années, en particulier dans l’industrie automobile. En fait, c’est précisément dans ce secteur que le besoin de recherche et d’innovation est le plus important.

Il y a deux raisons pour cela :

- Le problème simple dans le cycle « reconnaissance-saisie-assemblage » pour des composant industriels n’est toujours par résolu en dehors des laboratoires académiques ; en effet aujourd’hui la plupart des cas simples sont traités (objets de forme élémentaire, objets séparés, lumière ambiante connue,…), mais de nombreux développements sont encore à conduire par exemple pour les objets de formes complexes ;

- Certaines tâches ne pourront être réalisées aussi bien du point de vue technologique, que du point de vue économique, qu’en impliquant un opérateur humain dans la boucle.

De nombreux laboratoires s’intéressent ainsi encore aujourd’hui au développement de mains robotiques et à la manipulation dextre en robotique; on compte ainsi dans le monde environ

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une centaine de mains mécaniques développées aussi bien par des industriels, que par des laboratoires académiques.

L’annexe A présente un inventaire de ces mains et en particulier, il propose d’organiser la liste de ces mains en fonction du degré de sous-actionnement de celles-ci. Le nombre d’actionneurs comparé au nombre d’articulations permettra en effet d’évaluer la capacité d’une main à piloter indépendamment ses articulations. Lorsque le nombre d’actionneurs est égal au nombre d’articulations, on qualifie la main, de main complètement actionnée. Il en résulte généralement dans ce cas des capacités qui dépassent la simple préhension tout-ou-rien d’un objet.

La motivation principale de ces développements est qu’une main multi-doigts ou une main poly-articulée peut offrir une solution intéressante en terme de dextérité, de polyvalence, d’adaptation à la forme de l’objet. Ainsi une main multi-doigts pourra exécuter la saisie d’objets variés, et proposer une solution universelle en terme de préhenseur.

Nous allons dans ce chapitre présenter cinq mains notoirement connues parmi ces mains afin de dégager les fonctions essentielles qui ont motivé le développement des mains robotiques.

I.2.1.La main Barrett (1999)

La main Barrett, présentée sur la figure I-3, est une main commercialisée sous une licence de l’université de Pennsylvanie depuis 1999. Il s’agit d’une main à trois doigts avec des dimensions de phalanges comparables à celles de la main humaine. La vocation de cette main est essentiellement de saisir des objets. Elle n’est pas destinée à des fonctions de manipulation en bout de doigt.

Figure I-3 : La main Barrett

Les trois doigts de la main Barrett sont identiques (cf. figure I-4); ils proposent la même cinématique avec 8 articulations, deux mouvements de flexion-extension par doigt et deux mouvements de rotation autour de l’axe de la paume pour les deux doigts opposés au pouce fixe. La motorisation de la main est assurée par 4 actionneurs électriques de type Brushless avec des codeurs de précision à 4096 points/tour. Les deux doigts mobiles autour de la base cylindrique, que l’on peut qualifier de paume, peuvent ainsi pivoter de 180° autour de la base. La main Barrett est équipée de 4 capteurs tactiles pour l’évaluation de l’effort de serrage : un capteur sur chaque doigt et un capteur sur la paume. Chacun des capteurs consiste en une matrice de 24 cellules pour mesurer une force maximale de 10 N/cm2. Chaque doigt est équipé également d’un capteur à jauge de déformation pour mesurer le couple articulaire de la dernière articulation sur la plage de -/+ 1 Nm.

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Figure I-4 : Dimensions de la main Barrett

La main pèse 1.2 Kg, et elle est capable de saisir des objets imposants jusqu’à 6 kg grâce à ses grandes dimensions comme le montre la figure I-4 ; et la vitesse de rotation des axes peut atteindre 360°/sec.

Lorsque la main saisit un objet, les doigts se déplacent simultanément. Lorsqu’une phalange d’un doigt rencontre un objet, l’articulation de la phalange arrête son mouvement, alors que l’extrémité du doigt continue son mouvement jusqu’à entrer en contact avec l’objet. En l’occurrence si le bout du doigt rencontre l’objet d’abord, l’ensemble du doigt stoppe son mouvement [3].

La main Barrett constitue ainsi un préhenseur rapide équipé de capteurs d’efforts efficaces pour tout type d’opération de saisie [4]. Pour autant, en raison du couplage articulaire et du sous-actionnement, la main n’offre pas la possibilité de manipuler des objets en bout de doigt. Mais ses capacités en terme de rapidité, d’adaptation à la forme de l’objet, en font une main sous-actionnée performante et très commercialisée.

I.2.2.La main de Stanford/JPL ou main de Salisbury (1982)

La main Stanford/JPL est issue d’une collaboration entre l’Université de Stanford et le laboratoire Jet Propulsion Laboratory (JPL). La conception de la main a été effectuée par

Kenneth Salisbury de l’université de Stanford et Carl Ruoff du JPL en 1982. C’est une main à

trois doigts avec 3 articulations par doigt.

Même si la conception de cette main est ancienne, elle a marqué l’histoire de la préhension robotique en ouvrant la voie à la possibilité de manipuler des objets en bout de doigt avec une main mécanique. Du point de vue de la conception, la transmission du mouvement aux articulations est assurée par des câbles en acier enduits de Téflon, les bouts des doigts sont hémisphériques revêtus d’un matériau élastique permettant d’augmenter le coefficient de frottement pour assurer la stabilité de l’objet saisi dans la main.

La cinématique de la main [5], [6], [7], [8], et [9] repose sur le positionnement d’un doigt, tel le pouce, qui s’oppose à deux autres doigts ayant la même cinématique comme le montre la figure I-5.

Le placement des doigts, la longueur des phalanges et les débattements articulaires ont été établi grâce à la simulation de tâches de préhension. Les deux premières articulations ont des débattements de 90°, alors que la dernière autorise des débattements de ±135°.

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Le modèle biologique sur lequel s’appuie la main de Jacobsen a prouvé qu’un tel design était efficace pour les manipulations complexes [10] [11] [12].

L’actionnement des articulations de la main est réalisé grâce à des vérins pneumatiques, via une transmission par tendons en polyéthylène haute résistance. Au final la main est actionnée par 32 actionneurs pneumatiques permettant de piloter les 16 degrés de liberté via 32 tendons indépendants.

En termes d’application, il était envisagé d’utiliser ce dispositif en tant qu’esclave au sein d’un système de télé-opération.

Au niveau de l’instrumentation, la main de Jacobsen est équipée de capteurs de position côté actionneurs, et de potentiomètres au niveau de chaque articulation. Pour l’évaluation des efforts de serrage, des capteurs permettent d’évaluer la tension des tendons, et elle peut être équipée par des capteurs tactiles.

Cette main, très ancienne, reste incontournable parce qu’elle a marqué l’histoire de la robotique en raison de son design anthropomorphe et de sa précision. Cette main reste néanmoins pénalisée par des dimensions importantes, un actionnement encombrant et complexe qui rend la main difficile à intégrer et à embarquer en tant qu’organe effecteur comme le montre la figure I-7.

Figure I-7 : Main mécanique Utah/MIT sur un bras manipulateur

I.2.4.La main D.L.R. (Deusches Zentrum für Luft Raumfahrt) (2000)

Lorsque le centre aérospatial allemand a développé la main DLR II (cf. figure I-8), il a voulu se démarquer de manière significative de toutes les conceptions existantes en intégrant la motorisation directement dans la paume de la main ou bien directement dans les doigts.

La main DLR II est caractérisée par un design anthropomorphique et se compose de quatre doigts identiques à quatre degrés de mobilité chacun (trois mobilités actives et une mobilité passive). Un degré de liberté supplémentaire dans la paume de la main à la base du pouce permet théoriquement d’ajuster parfaitement une prise stable et une manipulation dextre. Les deux premiers degrés de liberté de chaque doigt sont réalisés par une liaison cardan alors que les deux autres sont couplés à l’aide d’un ressort [13], [14], [15], et [16].

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La main SAH, comme la main DLR II, possède quatre doigts. Afin de reproduire des tâches à la manière de la main humaine, chaque doigt possède quatre articulations ; néanmoins deux articulations sont couplées sauf pour le pouce [19], [20].

La main pèse 2.2 kg avec ses 13 moteurs à courant continu de type Brushless. Elle est équipée de 65 capteurs analogiques et de 4 capteurs de force sur les bouts des doigts qui peuvent appliquer une force maximale de 7N par doigt ; la vitesse articulaire des doigts peut atteindre 180°/sec.

Comme pour la main DLR II, l’intégration de la motorisation et de l'électronique dans les doigts et la paume permet le montage aisé de la main SAH à l’extrémité d’un bras manipulateur. La grande taille de cette main (échelle 1,5 par rapport à la main humaine, cf. figure I-9) est un avantage pour la préhension d’objets de grande dimension, mais elle constitue un frein important pour la manipulation fine des petits objets. Cependant peu de résultats de manipulation avec des objets de taille importante permettent d’évaluer ces capacités. A ce jour, la main DLR II, reste un modèle du genre sur la scène internationale en termes d’intégration et de design anthropomorphique.

I.2.5.La main SHADOW (2006)

La main SHADOW est une main robotique à design anthropomorphique commercialisée par la société anglaise Shadow Robotics en deux versions, la C5 actionnée par des vérins pneumatiques et la C6M actionnée par des moteurs électriques.

La version C5 permet le mouvement de 24 articulations via 40 muscles artificiels actionnés par un compresseur d’air 3.5 bar, l’ensemble pèse 3.9 kg. La vitesse d’exécution d’un mouvement de la main C5 correspond environ à la moitié de la vitesse d’exécution d’une main humaine ; ainsi l’ouverture et/ou la fermeture de la main peut être réalisée dans un temps de l’ordre de 0.2 sec. Il s’agit donc d’une main rapide.

Au niveau de l’instrumentation, la main C5 est équipée de capteurs de position ; il s’agit en l’occurrence de potentiomètres intégrés aux axes (précision de 0.2°) et de 7 capteurs de pression distribués sur la paume. La pression dans chaque muscle est également mesurée via un capteur de pression monté directement sur la vanne du collecteur, et mesuré avec une résolution 12-bit sur la plage 0 à 4 bars (cf. figure I-10).

Au niveau de la cinématique, le pouce de la main C5 possède 5 articulations et 5 degrés de liberté alors que les autres doigts possèdent 4 articulations et 3 degrés de liberté ; il existe donc sur ces derniers un couplage articulaire sur les phalanges intermédiaire et distale.

La version SHADOW C6M permet le mouvement de 24 articulations grâce à 20 moteurs électriques de type Smart Motor, l’ensemble pèse 4 kg. Cette version a la même cinématique que la main C5, et elle est équipée des mêmes potentiomètres de précision. Des capteurs de force permettent par ailleurs de mesurer la force transmise par la paire de tendons entre l’actionneur smart motor et l’articulation correspondante.

Les deux versions peuvent aussi être équipées de capteurs tactiles sur les extrémités des doigts avec une sensibilité suffisante pour la détection d’une pièce de monnaie de petite taille.

Ces mains développées par Shadow Robotics permettent comme la main de Barrett, de saisir des objets extrêmement variés en termes de taille et de dimension. En ce qui concerne la manipulation, peu de travaux permettent d’apprécier les qualités de cette main pour de la manipulation fine d’objets en bout de doigt [4] [21].

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Figure I-10 : Les mains SHADOW C6M et C5

Ainsi les actionneurs pneumatiques de la main C5 fournissent une vitesse considérable, toutefois la précision en position reste inférieure à la précision d’une main actionnée électriquement. Une autre difficulté pour la manipulation des objets avec cette main reste liée à la modélisation difficile des muscles artificiels au niveau du contrôleur de la main.

I.2.6.La main UT/HDS (2003)

La main mécanique UT/HDS est développée par l’Université de Tokyo au sein du laboratoire « Ishikawa and Namiki Laboratory » ; il s’agit d’une main mécanique légère (0.8kg) à trois doigts et huit degrés de liberté pilotés par 8 actionneurs (cf. figure I-11).

Cette main est aujourd’hui la main la plus rapide sur la scène internationale ; elle est capable d’attraper une balle qui tombe avec une vitesse de 4m/s en moins de 0,01s, ainsi les vitesses articulaires peuvent atteindre 1800 °/sec. La force appliquée par l’extrémité d’un doigt est de l’ordre de 28N.

La particularité de cette main est d’intégrer au niveau de l’actionnement la dernière technologie d’actionneur miniature développée par Harmonic Drive.

Un système de vision avec un calculateur parallèle appelé CPV (column-parallel high speed

vision system) offre une grande vitesse de traitement d’image de l’ordre d’1 ms pour le

repérage d’un objet dans l’espace [22].

Un inconvénient lié à l’exploitation actuelle de cette main est l’installation symétrique des 2 caméras motorisées (2 degrés de liberté) en face de la main dans une configuration précise ; la distance entre la main et chacun des capteurs ne doit pas dépasser 1m [23].

Cette m manipul manipul reste la degrés d

I.2.7.D

Il appar robotiqu le déve Shadow SCHUN commen Pour au perform d’invest soit au n En effet propose l’instrum rapide n portage Les rec dévelop approch effectue tâches d main à trois lation d’ob lation n’est manipulatio de liberté pa

Du préhen

raît après ce ue que depu loppement w Robotics à NK ; des ma ncent à éme utant, force e mances d’un tigation rest niveau de la t les progrè er à terme d mentation, l nécessiteron de certains cherches co ppements e hes permetta er de la ma de la vie cou s doigts est bjets ; toute pas envisa on rapide so ar doigt lim

nseur à la

e tour d’hori uis une trent récent des à actionnem ains avec de erger sur le est de const ne main hum tent à explo a conception s futurs en de l’actionne les progrès nt des effo algorithme onduites sur et s’inspiren ant d’étendr anipulation urante. Figure I-t la main l efois le re ageable avec ous contrôle mitent ses cap

a main an

izon des dé taine d’ann mains ava ment électri es fonctionn marché com tater que les maine en te orer pour am n ou encore termes d’in ement direc à effectuer orts importa es proposés r le site po nt des trav re les capac intelligente -11 : La main la plus rapi epositionnem c cette main e visuel ; sa pacités pour

thropom

veloppemen ées ; la préh ancées que que ou enc nalités beauc mmercial. s mains dév erme de ma méliorer ces e de la comm ntégration m ct intégré av r restent imp ants en term au niveau d oitevin s’in vaux du d cités des m e et ainsi i Delap n UT/HDS ide actuelle ment des n ; le champ a cinématiqu r de la mani

orphe

nts réalisés hension con sont, par e core la main coup plus a veloppées au anipulation performanc mande. mécatronique

vec des dim portants ; le me de déve des stratégie nscrivent ain domaine po ains dévelo interagir av préhensionà ement pour doigts sur p d’investig ue à trois do ipulation fin en recherch ntinue à sus exemple, la n SAH prop avancées que ujourd’hui s dextre. De ces des mai

e permettro ensions réd es peaux ar eloppement es de comm nsi dans la our propose oppées afin vec l’enviro lamanipulati r des opéra l’objet du gation de ce oigts et deu ne. he sur la pré citer l’intér a nouvelle posée par la e la main de sont encore nombreux ins actuelles ont probable duites ; au n rtificielles, l t pour perm mande. a continuité er aujourd' de pouvoir onnement p iondextre ations de urant la ette main ux à trois éhension rêt. Avec main de a société e Barrett loin des champs s, que ce ement de iveau de la vision mettre le é de ces 'hui des r à terme pour des

Delapréhensionàlamanipulationdextre

Nous verrons par la suite que par rapport aux mains existantes, les potentialités de la main du laboratoire avec une cinématique anthropomorphe et un nombre d’articulations et d’actionneurs qui la place au rang des plus perfectionnées pourront lui ouvrir des perspectives d’exploitation intéressante.

I.3.Vers une plateforme robotique dédiée à la manipulation dextre

I.3.1.La main mécanique à 16 actionneurs du LMS

Pour mener à bien ces recherches dédiées à la manipulation dextre, l’axe ROBIOSS de l’Institut PPRIME a développé en 1996 une main mécanique à 4 doigts et 16 actionneurs (cf figure I-12). Cette main est utilisée depuis cette date comme démonstrateur opérationnel pour l’ensemble des travaux de l’équipe relatifs à la préhension et à la manipulation dextre.

Avec le projet ABILIS en 2009, les possibilités liées à l’exploitation de la main mécanique ont été étendues.

Ainsi nous détaillons ci-après les caractéristiques de la nouvelle cellule dédiée à la manipulation dextre que nous avons mis en œuvre depuis 2009.

Cette nouvelle cellule permet de mettre la main en configuration spatiale avec une nouvelle commande embarquée à l’extrémité d’un bras manipulateur industriel.

Figure I-12 : Main mécanique de LMS dans sa vitrine à l’exposition universelle de Hanovre en 2000 La main mécanique poly-articulée à 4 doigts et 16 degrés de mobilité développée en 1996 [24] est une main unique sur la scène internationale. Il s’agit en effet d’une main dont les dimensions des phalanges sont comparables à celles de la main humaine ; on retrouve également une implantation du pouce comparable à celle de la main humaine. La cinématique d’un doigt avec 4 articulations est similaire à celle du doigt humain ; on retrouve les trois mouvements de flexion-extension, ainsi que le mouvement d’abduction-adduction.

On rem d’abduc propose pouce à préhens Des mo de pilot transmis moteurs potentio articulat La tran l’origine au nivea nouveau pouce. Lorsque un mod Ce mod la rotati La tensi où x : long marque que p ction-adduct er une amp à se mettre e sion que pou otoréducteur ter finemen ssion, une d s sont équip omètres min tions. smission m e par des câ au du pouce u câble ont e l’on souha èle de base dèle nous pe ion engendr ion T₁ du câ gueur du câb Figur pour le pouc

tion est pla plitude de m en oppositio ur la manipu rs Harmonic nt le déplace double instr pés de cod niatures de mécanique e âbles en pol e par du câb été évaluée aite contrôl du système ermet d’étab rée au nivea

âble est défi ܶ ble à l’insta e I-13 : Modè ce, la ciném acé avant l mouvement on avec les ulation dext cDrive à cou ement des a rumentation deurs incrém e haute pré entre les mo lyéthylène h ble en Vect s au sein du ler un systèm e que l’on ve blir facilem au de l’axe d inie par : ܶ_ଵ ൌ ݇_ଵǤ ሺݔ antt èle cinématiq matique reten les trois m plus grand s autres doig tre. urant contin articulation n en capteu mentaux à cision avec oteurs et le haute résista traline de di u projet AB me quel qu eut comman ent la relati de la phalan െ ݔ_଴ሻ Delap que de la main nue est diff mouvements de sur cette gts est en e nu (rapport ns. Afin d’in urs de positi 360 points c une grand es articulatio ance ; ces c iamètre 0.6m ILIS afin d u’il soit, il e nder (cf. fig ion entre la ngeq₁, en né Eq I-préhensionà n LMS férente ; en de flexion e articulatio ffet capitale de réductio ntégrer le c ion est utili par tour, de linéarité ons des do câbles ont ét mm. Les ca ’améliorer l est préférab gure I-14). rotation q1 égligeant le -1 lamanipulati effet le mou n-extension on. La cap e aussi bien on de 80) pe comporteme isée ; d’une et d’autre é sont intég igts était ré té remplacé aractéristiqu le comporte ble de s’app de l’axe m e frottement iondextre uvement afin de acité du n pour la ermettent ent de la e part les part des grés aux éalisée à és depuis ues de ce ement du puyer sur moteur et .

0 x : lon 1 k : raid On con linéairem contrôlé articulat câbles e Les pou longueu On calc Donc, la La conc même d l’action via des relation ngueur initia deur du câbl nsidère qu’u ment en fon é par deux tion sur la f est soumis à Figure I-1 ulies motric ur augmente cule la tensio a condition ܶ ߬ ception de doigt (cf. fig nneur) et pou poulies de ns de coupla ale le un câble a nction de l’ x câbles, c figure I-14. à la traction 14 : Modèle d ce et récep e deሺݍ_ଵכ_{െ ݍ} on des câble ܶ de l’équilib ܶଵ ൌ െܨ௠ ֜ ߬_௠ ൌ ܨ_௠Ǥ ݎ la transmis gure I-15). E ulie réceptr e guidage a age que l’on

le comport effort auqu comme le m En fonctio ; tandis que de la transmi ptrice ont u ݍ_ଵሻǤ ݎ. es par la rel ܶ_ଵ ൌ ݇_ଵǤ ሺݍ_ଵכ

bre nous con ֜ ܨ௠ ൌ െ݇

֜ ݍ_ଵכ _{ൌ ݍ} ଵ

sion impliq En effet le r rice (au niv

au niveau d n peut calcul tement d’un el il est sou montre le on du sens d e l’autre ne ission entre a un rayon r lation : ଵכെ ݍଵሻǤ ݎ nduit aux re ݇ଵǤ ሺݍଵכെ ݍଵ െ ఛ೘ ௞భǤ௥మ que un coup routage des eau de l’art des axes d ler numériq Delap n ressort d umis [24]. O modèle de de rotation d l’est pas. ctionneur et identique, Eq I-elations suiv ሻǤ ݎ plage articu câbles entr ticulation) n des autres a quement à pa préhensionà ans la mes On rappelle e la transm de l’actionn articulation d lorsque le -2 vantes : Eq Eq I-ulaire entre re poulie mo nécessite le articulations artir des dia

lamanipulati sure où il s que chaque mission act neur ; l’un d de la main câble s’allo 3 4 les phalang otrice (au n passage de s. Il en rés amètres des iondextre s’allonge e axe est ionneur-des deux onge, sa ges d’un niveau de es câbles sulte des poulies.

Ainsi to correcte Il est do des mot Il faut é de tende Les ma l’action différen de matr Soitܳ ൌ ܳכ _{ൌ ሾݍ} matrice pouce. On retro Avec

outes les art ement les re onc nécessa teurs Q et l également p eurs) lors de atrices de c nneur et le m ncie des autr

ice de coup ൌ ሾݍଵ ݍଶ ݍ_ଵכ _ݍ ଶכ ݍଷכ de couplag ouve donc : Figu ticulations p elations de c aire de pren les mouvem prendre en c es phases de couplage d’ mouvement res doigts a plage pour c ݍଷ ݍସሿ் ଷכ ݍସכሿ், le ge d’un doig re I-15 : Cha peuvent êtr couplage da ndre en com ments des do compte des e changeme ’un doigt d t des articu au niveau de ontrôler les les mouvem s mouvem gt (index, m ܳ ൌ ܣǤ aine de transm re contrôlée ans le contrô mpte des mat

oigtsQ. phénomène ent de sens d déterminent ulations d’u e sa cinémat s mouvemen ments des ar ments des m majeur, annu ܳכ _{֜ ܳ}כ_ൌ Delap mission méca es individue ôle bas nive trices de co es de mise s de rotation d t les relatio un doigt. D tique (cf. fi nts de la ma rticulations motoréducte ulaire) et Ap ൌ ܣିଵ_{Ǥ ܳ} préhensionà nique ellement à c au du doigt ouplages ent sous tension de l’actionn ons entre l ans la mesu gure I-13), ain mécaniq d’un doigt eurs corres pouce la matr lamanipulati condition d t.

tre les mou

n du câble ( neur. es mouvem ure où le p il existe de que. ; pondants, rice de coup iondextre ’intégrer uvements (absence ments de pouce se ux types et A la plage du

ܣ ൌ ൦ ͳǤ Remarq Les sign moteurs il faudr moteurs Pour le modific En effe linéarité linéarité contrôle couplag d’abduc essentie réalisé e Avec le des câb surgainé indésira Le comp entre le Ǥͳʹ͸ͺ െͳ Ͳ Ͳ Ͳ Ͳ que

nes des para s par rappor a veiller à m s. e pouce, l cations conc et, la conce és importan és importan eur flou po ge dont les ction-adduct ellement dus en raison de e projet ABI bles a été ées par des able entre l’ portement d mouvemen ͳǤͳʹ͸ͺ Ͳ ͳ Ͳ ͲǤ͹Ͷ ͳ Ͳ Ͳ amètres des rt à leurs art mettre à jou la matrice ceptuelles. ption de la ntes dans le ntes avait our la boucl coefficient tion et de fl s aux gaine e la tension Figure I-16 ILIS, le pou proposé (c gaines rigi actionneur e de cette nou nt d’un acti Ͳ Ͳ Ͳ ͳ ൪ ֜ ܣିଵ matrices de ticulations r ur les matri de coupla a base du p e comporte été réalisée le de positi ts variaient flexion-exten s de transm importante : Modificatio uce a donc é cf. figure I ides en cuiv et l’articula uvelle transm ionneur don ଵ _{ൌ ൦} ͲǤͺͺ͹ͷ Ͳ Ͳ Ͳ e couplage respective. ices en acc age a été pouce (cf. f ement de la e au sein ion des doi t en fonctio nsion proxi mission qui s des câbles. on de la conce été modifié -16). Les g vre pour év ation. mission a en nné et les m Delap ͷ ͳ ͳ െͲǤ͹Ͷ ͲǤ͹Ͷ sont liés au Si une mod ord avec la vérifiée e figure I-16) a transmiss de la com igts. Il en on de la c imale du po se déformai eption de la b dans sa con gaines de iter toute d nsuite été év mouvements préhensionà Ͳ Ͳ Ͳ Ͳ ͳ Ͳ െͳ ͳ ൪ u sens de rot dification du a définition expérimenta ) générait à ion ; l’intég mmande par résultait alo onfiguration ouce. Ces no ent en fonc base du pouce nception et u transmissio éformation valué. Afin s des articu lamanipulati Eq I-5 tation des d u câblage in du sens po alement ap à l’origine gration de r l’utilisati ors une ma n des mou on linéarité ction du mou e un routage d on initiales et tout mou d’établir la ulations d’un iondextre 5 différents ntervient, ositif des près des des non ces non on d’un atrice de uvements s étaient uvement différent ont été uvement a relation n doigt ;

chaque libérer l Les résu A partir couplag Il appar phalang

I.3.2.U

En 1996 architec Les car puisque définis p actionneur le mouveme ultats présen r de ces rel ge reliant le ࡭࢖࢕ rait que seu ges d’un doi

Une cellul

6, le choix cturé autour ractéristique e 21 cartes p pour génére a été piloté ent des artic ntés sur la f Figure I-17 levés expér mouvemen ܣ௣௢௨௖௘ൌ ࢕࢛ࢉࢋି૚ൌ ൦ ૙Ǥ ૠ ૙ ૙ ૙ ul le moteu igt.

e inadapt

du LMS s r du bus VM es du bus V peuvent être er les interru é individuel culations co figure I-17 i 7 : Evaluatio rimentaux, n nt des action ൌ ൦ ͳǤ͵͹ͶͶͷ ͲǤͲ ͲǤͲ ͲǤͲ ૠ૛ૠ૞ ૙Ǥ ૟ૠ ૙Ǥ ૙ ૚Ǥ ૚૝ ૙Ǥ ૙ ૙Ǥ ૙ ૙Ǥ ૙ ૙Ǥ ૙ ur relatif à

tée aux n

’est porté s ME pour le c VME ont la e connectée uptions, 4 n llement en orrespondan illustrent ce n des relation nous avons nneurs et les െͲǤͺͳ͵ͻ͸ ͲǤͺ͹ͷ ͲǤͲ ͲǤͲ ૟ૡ ૙Ǥ ૛૟ૠ૞ ૛ૡ ૙Ǥ ૝૞૚ૠ ૙ െ૚Ǥ ૙૝૟ ૙ ૙Ǥ ૙ la phalang

nouvelles

sur l’utilisat contrôle de l argement co s sur le mêm niveaux perm Delap découplant tes. s expérimen ns de couplag s pu établir s mouvemen ͲǤͲ െ ͲǤ͵͹͹ͺ͹ െͲǤͻͷ͸ െ ͲǤͲ Ͳ ૞ ૙Ǥ ૝ૡ૟૜ ૠ െ૙Ǥ ૠૡ૟૜ ૟ െ૚Ǥ ૙૝ૡ૟ ૚Ǥ ૚૚૟ૠ ge distale n

expérime

tion d’un c la main [25 ontribué à s me bus, 7 n mettent d’ac préhensionà t les autres ntations. ge du pouce l’expressio nts des artic െͳǤͳ͹ͳͺ ͲǤͻ͹ͳ െͲǤͺͻ͹͹ ͲǤͺͻͷͶ ൪ ૜ ૟൪ Eq n’a pas d’ac

entations

contrôleur m ]. son dévelop niveaux de p ccéder au bu lamanipulati actionneurs on de la ma culations. q I-6 ction sur le

s envisag

modulaire in ppement à l priorité peuv us. iondextre s afin de atrice de es autres

gées

ndustriel l’époque vent être

Le syst modulai cadencé pour con A/D à 1 L’archit réel OS expérim La mai empêch Ainsi po mesure dévelop démons contrôle En 2009 la main capacité fusion présente Nous a robotiqu tème de co ire regroup ées à 33Mhz ntrôler les 1 6 entrées p Fi tecture logi S-9 pour le mental mis e in était don hait toute int

our saisir un de vérifier ppés ; ce typ strations qu e en position 9, l’équipe à l’extrémi és, proposer entre nos erons dans l allons donc ue qui a fait ontrôle initi pait ainsi 2 z pour le co 16 moteurs our l'acquis igure I-18 : S cielle repos e contrôle t en œuvre à l nc installée tégration à l n objet, il fa r la configu pe de foncti ue ce soit a n des doigts a pu envisa ité d’un bra r et explor modèles e le chapitre 2 présenter, t l’objet d’u ial de la m cartes CPU ontrôle du s à courant co sition des do olution initia sait sur l’ut temps réel l’époque. e sur un su l’extrémité fallait le pos uration de ionnement a au niveau d s. ager avec le as manipulat er des appr et des mo 2, les résulta dans la p une année de main est il U Motorola système, 4 c ontinu en vi onnées des

ale pour le con ilisation du des 16 ac upport fixe d’un bras m sitionner dan l’objet dan a néanmoin du contrôle e projet ABI teur. Il s’ag roches de l odèles issu ats issus de partie suiva e développe Delap lustré par 68030 ave cartes d'ax itesse et en 16 potentiom ntrôle de la m u système d ctionneurs. e et la baie manipulateu ns l’espace ns la main ns permis de en effort d ILIS, la mis gissait alors la saisie de s du mon ces travaux ante, la mis ement. préhensionà la figure I ec coproces es avec con position, 1 mètres. main mécaniq ’exploitatio La figure e de comm ur industriel. de travail d pour valid e valider un des doigts se en config de pouvoir e la manipu nde des ne x. se en œuv lamanipulati I-18. L’arch sseur mathé ntrôleur PID carte de con que on multitâch I-19 montre mande volu . des doigts e der les algo n certain no ou bien en guration sp r avec ces n ulation issu eurosciences re de cette iondextre hitecture ématique D intégré nversion he temps e le site umineuse et être en orithmes ombre de ncore du atiale de nouvelles ues de la s. Nous e cellule

I.3.3.U

Dans le faire év puisque de pilot D’autre l’extrém montre On com correspo embarqu La mise donc im porté su Il est à poids, le une solu Control DMC 4 Ainsi la industri sur un P

Un nouvea

cadre du p voluer les r e nous propo age. part, sur le mité d’un br la figure I-2 mprend dès ond pas uement sur e en œuvre d mposée. Apr ur un nouvea noter que e nombre d ution du ma l. La soluti 080 », acco a stratégie el et à comm PC de super Figure

I-au site ex

projet ABIL recherches c osons d’int e plan expér ras manipul 20. s lors que aux spécif un bras ma d’une nouv rès avoir ét au contrôleu dès lors qu de produits e arché US av ion retenue ompagnés d envisagée c muniquer a rvision, com -19 : Système

xpérimen

IS, soutenu conduites s égrer une a rimental, la lateur indus le système fications d anipulateur. elle solution tudié les so ur du march ue des exige existants se vec des con repose ain ’amplificate consiste à e avec celles-c mme le mont e initial de la

tal

u par l’Agen sur deux pl ambivalence

main est fix striel avec u e de contrô d’encombrem n de contrôl olutions disp hé de comm ences appar réduit nota ntrôleurs d’a

nsi sur l’ut eur de puiss embarquer ci depuis un tre la figure Delap commande d nce Nationa ans. D’une e neuroscien xée à présen un espace d ôle comman ment et d le pour les ponibles su mande multia raissent en ablement. N axes distrib tilisation de sance « AM les contrôle ne interface e I-21. préhensionà de la main ale de la Rec part, au n nce/robotiqu nt en tant qu de travail im nde dévelo de masse 16 actionne ur le marché axes. termes d’en Notre choix bué par la so e deux con MP-43140 ». eurs d’axes homme-ma lamanipulati cherche, il s niveau fond ue dans la u’organe eff mportant co ppé à l’ori inhérentes eurs de la m é, notre cho ncombreme s’est ainsi p ociété Galil ntrôleurs « A s Galil sur achine prog iondextre s’agit de amental, stratégie ffecteur à omme le igine ne s à un main s’est oix s’est ent et de porté sur l Motion Accelera le robot grammée

Chaque chaque contrôle x l x x x L’archit les 22 a Figur contrôleur contrôleur eur offre les le pilotage P 8 entrées po 8 entrées an 1 ligne de c tecture logi actionneurs r e I-20 : Main Figu r d’axes Ga est dévolu s connection PWM de 8 our les signa nalogiques p communicat

cielle de co relatifs à la

n mécanique à

ure I-21 : Ins

alil permet

au pilotage ns suivantes

moteurs à c aux relatifs pour les pot tion Etherne ontrôle est d cellule robo à l’extrémité tallation hard le pilotage e de deux d s : courant cont aux codeur tentiomètres et avec la su donc distrib otique « ma Delap du robot ind dware de GA de 8 axes doigts de la tinu ; rs incrément s intégrés au upervision ; buée sur 4 c anipulation préhensionà dustriel Kuka ALIL de la main a main. Les

taux des act ux articulati cibles distin dextre » : lamanipulati a KR16 n mécaniqu s entrées-so tionneurs; ions des doi

nctes afin d iondextre ue ; donc orties du igts; e piloter

Delapréhensionàlamanipulationdextre

x 2 contrôleurs 8 axes Galil pour contrôler les 16 actionneurs de la main ;

x 1 armoire de contrôle Kuka KRC2 pour le contrôle des 6 actionneurs du bras industriel ;

x 2 PC de supervision pour le pilotage synchronisé de l’ensemble. Les 4 cibles communiquent à travers un réseau Ethernet local (cf. figure I-22).

Figure I-22 : Une architecture logicielle de contrôle distribuée

La figure I-23 présente l’interface homme-machine utilisée pour piloter l’ensemble robot-main depuis le PC de supervison.

Cette interface repose sur l’utilisation du logiciel CAO robotique SMAR (Simulation Modélisation Animation de Robots) développé au sein de l’axe ROBIOSS [26].

Cette interface et le module dédié à la préhension et à la manipulation seront présentés dans les chapitres suivants pour valider et illustrer les approches que nous proposerons pour exploiter la main mécanique.

La génération de mouvements fins avec une main mécanique articulée nécessite que les ensembles moteur-transmission répondent de façon satisfaisante aux consignes de position et d’effort sur une trajectoire définie par un contrôle de haut niveau.

I.3.4. M

I.3.4.1

Afin de position initial so L’algori la main couplag Deux m doigts. distincts x U à s ( m d « m p a x U m n c c d La figu « Positi réalisée décéléra Figur

Modes de

. Le contr

e pouvoir en n des doigts ous l’enviro ithme relati ; il a simpl ge sur le pou modes de co L’exploitat s : Un mode « à point » ou se déplacen (main ferm main en co de l’objet « Independ mode chaq profil de ty au niveau d Un mode « manipulatio niveau de configuratio contrôleur s de la main c ure I-24 illu

ion Trackin avec une ation de 2 re I-23: L’inte

e contrôle

rôle des d

nvisager la s et un con onnement m if au contrôl ement été im uce. ontrôle en p ion expérim Saisie » : C u plutôt un nt d’une con mée par exem

onfiguration (opération

dent Axis P

que axe est ype trapézoï du contrôleu « Suivi de tr on de l’obje l’interfac ons articula sans point d correspondr stre la géné ng ». Sur ce vitesse de 20000 pas erface homm

e de la ma

doigts en p

manipulati ntrôle en ef multitâche te le en positio mplémenté position ont mentale doi Ce mode de mode « sur nfiguration mple). Ce m n de saisie a n de « pre Positioning piloté de ïdal. La syn ur pour l’ens rajectoire » et. En effet ce Homme aires des d d’arrêt entr ra à un jeu d ération du p et exemple, e 10000 pa codeur/sec me-machine in

ain

position

on d’un obj ffort ont ét emps réel O on des doigt

sur les nou

t été mis en t en effet p mouvemen r point d’arr A (main ou mode de fo avec l’extré eshaping »). » intégré a manière in nchronisatio semble du d : Ce mode les tâches e-Machine doigts qu’il re chacune de 16 param profil de vi la configur as codeur/se c2 (0.1736 Delap nstallée sur le jet saisi en é développ OS/9 [1]. ts reste iden uveaux contr n œuvre po permettre de nt des doigts rêt ». Dans uverte par ex onctionnem mité des do . Pour réa au contrôle ndépendante n des axes doigt ; soit p de fonction de manipul correspond l conviendr des configu mètres articu itesse obten ration initia ec (5.2 tr/m tr/sec2), e préhensionà e PC de super bout de do és sur le sy ntique pour rôleurs en in our assurer eux modes s correspond ce mode, le xemple) à u ent sera uti oigts à prox aliser ce c eur d’axes e e à partir d en vitesse d pour un ense nnement se lation calcu dent à un ra de « jou urations. Ch ulaires. nue avec ce ale à l’insta min), une a et une con lamanipulati rvision oigt, un con ystème de les quatre d ntégrant le le déplacem de fonction d à un mode es doigts de une configu ilisé pour m ximité de la contrôle, l est utilisé. ’une génér doit donc êt emble de 4 era utilisé lo ulées et sim ne success uer » au niv haque confi e mode de ant t=0 du p accélération nsigne de iondextre ntrôle en contrôle doigts de nouveau ment des nnement e « point e la main uration B mettre la a surface e mode Dans ce ation de tre gérée axes. ors de la mulées au sion de veau du iguration contrôle profil est n et une position

PosC=1 PosC=6 PosC=8 Sur ces L'asserv codeurs génère transme contrôle sur la fi Les con synchro ci-après 12000 pas 6000 (18.7 8438 pas cod Fig s bases, le vissement e s absolus in en fonction ettre en entr eur de mouv gure I-25 ; F nsignes art onisation de s : codeur (3 5 °) ; à l deur (26.36 gure I-24 : Pr contrôle d en position ntégrés aux n de l'info rée du cont vement. Le il est caden Figure I-25 : ticulaires tr s axes en vi 37.5 °). A l’instant t= 68 °). ofil de vitesse d’un doigt d'une pha articulation rmation po rôleur d'axe diagramme ncé à 20ms a Diagramme ransmises e itesse et le c l’instant =1,9sec, l’u e et de positio a été déve alange est e ns, il englob otentiométri e. Ces cons e de contrôl au sein du c de contrôle d en entrée s couplage. L Delap t=1sec, l’o utilisateur on en mode P eloppé et in effectué pa be le contrô ique les co signes sont le d’une pha contrôleur. d’une phalan sont calculé L’algorithme préhensionà opérateur v valide la Position Track ntégré au s ar rapport à ôle en posit onsignes po transmises alange en p ge en position ées de man e relatif à ce lamanipulati valide la c dernière c king sein du con à l'informat tion des mo osition et v toutes les 2 position est n nière à int e calcul est iondextre consigne consigne ntrôleur. tion des oteurs et vitesse à 20ms au présenté tégrer la présenté

Compo

Pour va sont au caractér Il s’agit configu le sens 1.67 tr/m Nous av mouvem pour de Les rép de posit un comp L’ajuste d’éviter

ortement d

alider l’asser moins éga ristiques sur t donc d’enr uration C1 d inverse (de mn, et la mê vons retenu ments à vite la manipul onses obten tion des pha portement c ement de la r les dépasse Figure I-2

’un doigt (

rvissement les à celles r un doigt : registrer les des axes ver e C2 vers C ême accélér u ces param esse et accél ation de pré nues atteste alanges est comparable vitesse inté ements de c 6 : Algorithm

(index, maj

en position s du contrôl une extensi paramètres rs une confi C1), pour la ration de 12 mètres de vi lération rédu écision. ent du bon f inférieure aux répons égré à l’asse consigne lié me de contrôl

ajeur, annu

et vérifier q leur d’origin ion du doigt s articulaire iguration C2 même vite 2 tr/s2. itesses et d uite compar fonctionnem à 0.6°, com ses présenté ervissement à l’élasticit Delap le en position

ulaire) con

que les perf ne, nous av t et une flex s d’un doigt 2 des axes, esse maxima d’accélératio rables à cel ment de l’as mme le mon es dans [24 t à l’approch té de la tran préhensionà d’un doigt

ntrôlé en po

formances d vons réalisé xion du doig t lors de son puis on relè ale de rotat on car ils c les que l’ho

sservisseme ntre le table ]. he de la con nsmission. lamanipulati

osition

du nouveau é deux mou gt. n mouveme ève la répon tion des mo corresponde omme peut p ent réalisé. au I-1. On nsigne visée iondextre système uvements ent d’une nse dans oteurs de ent à des produire L’erreur retrouve e permet

Tableau On cons la conve Figure I de co Figu configur u I-1 : Erreur

state sur les ergence sim -27 : Réponse nsigne C1 (q ure I-28 : Rép ration de con rs Ei de conv C2 : flexion C1 ver C2 ver s figures I-2 multanée des e d’un doigt c 1=0°, q2=15° ponse d’un d nsigne C2 (q1 vergence sur l du doigt – C E1 rs C2 0.22 rs C1 0.15 27 et I-28 qu s 4 axes d’u contrôlé en p °, q3=15°, q4= doigt contrôlé =0°, q2=50°, q le paramètre Config. C2 ver 1 E2 81 0.4077 39 0.293 ue la synchr un même do position lors d =15°) vers un q4=70°) é en position l q3=60°, q4=7 3=15°, q4=15 Delap qi par rappo rs C1 : extens E3 7 0.6079 0.5786 ronisation d igt vers la c d’un mouvem ne configurati

lors d’un mou 70°) vers une 5°) préhensionà ort à la consig sion du doigt E4 0.4785 0.4468 des axes mi configuratio ment de flexio ion C2 (q1=0 uvement de d e configuratio lamanipulati gne – Config. se en œuvre on souhaitée n d’une confi 0°, q2=50°, q3 d’extention d on C1 (q1=0°, iondextre C1 vers e permet e. figuration 3=60°, ’une , q2=15°,

La vites axes at synchro On obs mouvem correspo Dans l’ q2=15°, constate s’agit do la vitess figure Figure I-La figur moteur immobi que le m

sse des axes tteignent la onisation de erve égalem ment côté ond à la mis exemple pr , q3=15°, q e que l’axe onc de l’ax se est synch -29. -29 : Evolutio consignes C re I-30 perm 1 effectue ile à sa posi moteur 1 tou s est synchr a consigne vitesse voi ment un ph actionneur se en tensio roposé, le d q4=15°) et le plus co xe qui aura l hronisée en on des vitesse C1 (q1=0°, q2 met d’illustr une rotati tion actuell urne dans le ronisée avec e souhaitée r annexe B. hénomène d et le mou on du câble doigt effectu t la configu ontraignant la vitesse m n fonction d es des moteur 2=15°, q3=15 rer le coupla on d’enviro e (q1=0°) e e sens négat c la vitesse e en même . de retard tem uvement de sollicité en ue un mouv uration C2 est l’axe 4 maximale ch du temps de rs d’un doigt 5°, q4=15°) et age entre le on 35° afin en raison du

tif pour com

Delap de l’axe le p e temps, p mporel au e l’axe com traction. vement entr (q1=0°, q (moteur 4) hoisie de 1.6 e parcours d contrôlé en p t C2 (q1=0°, q s articulatio n que l’arti u couplage. A mpenser le c préhensionà plus contrai pour plus début du m mmandé. C re la config q2=50°, q3= ) comme le 67 tr/min. P de l’axe 4 c position entre q2=50°, q3=6 ons. En effe iculation co Ainsi on no ouplage. lamanipulati ignant, pour de détails mouvement Ce retard t guration C1 =60°, q4=7 e montre la Pour les autr comme le m

e les configur 60°, q4=70°)

et, on observ orrespondan ote sur la fig

iondextre r que les s sur la entre le temporel (q1=0°, 70°). On a I-28, il res axes, montre la rations de ve que le nte reste gure I-30

Figure I

Compo

Le pouc linéaire En raiso Avec le pouce a similair La conc similair I-26. N pour de Pour va réponse consign de C2 v Comme moteurs fonction une erre I-30 : Evoluti consignes C

ortement du

ce était con entre les ar on de ces no e projet ABI afin d’avoir re sur le pos ception mé re à celui de ous présent s mouveme alider l’asser e pour un m ne C2, puis vers C1 (cf. e pour les s de 1.67 tr/ nnement de eur de positi on des vitesse C1 (q1=0°, q2

u pouce co

ntrôlé initial rticulations on linéarités ILIS, nous a r un compo sitionnemen écanique ay es autres do tons donc c ents de flexi rvissement mouvement on relève s figures I-31 autres doig /mn, et une e l’asserviss ion inférieu es articulaire 2=15°, q3=15

ontrôlé en p

lement par du pouce [1 s, il était dif avons souha ortement co nt articulaire yant été rev oigts avec le ci-après les ion-extensio en position de flexion a réponse d 1 et I-32 ). gts, nous a accélératio sement réali ure à 0,5° co es d’un doigt 5°, q4=15°) et

position

logique flou 1]. fficile d’obt aité amélior omparable à e, soit une e vue, nous a e même alg résultats re on de celui-n du pouce, n d’une con dans le sens avons chois on de 12 tr/s isé avec un omme on pe Delap contrôlé en p t C2 (q1=0°, q ue pour pou

tenir une err rer la précis à celui des rreur de pos avons implé orithme de elatifs au d ci. on relève co nfiguration s inverse po si une vites s2. Les répo ne bonne co eut le consta préhensionà position entre q2=50°, q3=6 uvoir intégr reur en posi sion du con autres doig sition inféri émenté un contrôle pr déplacement omme pour C1 vers un our un mouv sse maxima onses obtenu onvergence ater sur le ta lamanipulati e les configur 60°, q4=70°) rer le coupl ition inférie ntrôle en pos gts et une p ieure à 0,75 contrôle d résenté sur l t du pouce r les autres d ne configur vement d’e ale de rota ues attesten vers la con ableau I-2. iondextre ations de lage non ure à 1°. sition du précision °. du pouce la figure obtenus doigts sa ration de xtension tion des nt du bon nsigne et

Figure I de consi Figure I-de consi On obs montren On obs observe alors qu I-31 : Répons igne C1 (q1= . -32 : Réponse gne C2 (q1=-serve que l nt les figure erve ainsi s e en raison ue l’articulat se du pouce c =-50°, q2=5°, e du pouce co -50°, q2=-15° ’axe le plu es I-31 et I-3 sur la figur du couplag tion corresp contrôlé en po q3=-35°, q4= 15°, ontrôlé en pos , q3=-35°, q4 us contraign 32. re I-33 qu’i ge importan pondante réa osition lors d =-15°) vers un q3=-35°, q4=

sition lors d’u 4=-50°) vers u q4=-15°) nant pour c il atteint la nt, que le m alise le plus Delap ’un mouveme ne configurati =-50°) un mouveme une configura ces mouvem vitesse la moteur 4 effe s grand dépl préhensionà ent de flexion ion de consig nt d’extensio ation C1 (q1= ments est l plus élevée fectue la rot lacement. lamanipulati n d’une config gne C2 (q1=-5 on d’une conf =-50°, q2=5°, l’axe 2, co e. Parallèlem tation la plu iondextre guration 50°, q2=-figuration q3=-15°, omme le ment on us faible