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Mon collègue est un robot

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Publié le

Des robots qui travaillent avec des humains ? Un sacré défi, car pour coopérer avec un opérateur, ils doivent apprendre à interpréter ses mouvements, anticiper ses intentions et comprendre ses décisions. Tout en s'assurant de sa sécurité.

Mon collègue est un robot © D.R.

Les entreprises citées

Non, les robots n'ont pas pour unique vocation de servir à boire à des grands-mères attendries ou de jouer avec des enfants fascinés. La popularité grandissante de la future robotique de service aurait pu faire oublier que les robots se concentrent d'abord dans les ateliers de production. Il est vrai que cette espèce industrielle s'est montrée jusqu'ici peu sociable. Enfermés dans une cage ou isolés à l'abri de barrières, ces machines effectuent des tâches répétitives d'assemblage ou de manutention. Mais pas question de leur demander de coopérer avec un opérateur ni même, sécurité oblige, d'accepter qu'ils travaillent à leurs côtés.

"Jusqu'ici, les robots ont été implantés pour remplacer des hommes sur des tâches spécifiques. Les recherches visent maintenant à créer des robots qui les assisteront dans des missions complexes", annonce Philipe Fraisse, le responsable du département robotique du Laboratoire d'informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier, le Lirmm. Faire progresser la mixité entre les hommes et les robots répond à des besoins industriels. Ainsi, dans l'automobile, rien de mieux qu'un salarié compétent pour choisir des pièces dans un bac. Mais pour les accrocher ensuite sur un convoyeur qui les envoie en peinture, mieux vaut laisser agir un robot. L'aéronautique aussi milite pour la cohabitation, d'autant plus qu'elle est encore peu automatisée. Et pour cause. "Dans la fabrication d'un avion, il y a beaucoup d'opérations manuelles réparties le long du fuselage, dans lequel se déplacent les opérateurs : impossible d'implanter un robot, qu'il faudrait isoler", explique Adolfo Suarez Roos, qui mène des études sur la robotisation chez EADS Innovation Works, à Suresnes (Hauts-de-Seine). L'assemblage de pièces aéronautiques est d'ailleurs l'un des cas d'utilisation test du projet européen Saphari (Safe and autonomous physical human-aware robot interaction), dont EADS est partenaire. Entre 2011 et 2015, Saphari veut traiter la question sous tous ses aspects : conception de robots moins dangereux, perception de l'homme par le robot, interprétation des tâches, réaction à des changements de contexte... À l'échelle européenne, il fait écho à la National robotic initiative lancée aux États-Unis par Barack Obama en 2011 et largement consacrée à la robotique coopérative.

Garder ses distances

Première étape de la coopération : une cohabitation paisible. Des scrutateurs laser et des caméras 3 D peuvent arrêter ou redémarrer automatiquement la machine, dès qu'un homme s'approche. Une mesure de sécurité faisant gagner du temps et une réduction des distances de sécurité offrant un gain de place. "Le problème est que ces systèmes doivent être certifiés conformes aux normes de sécurité. Un processus complexe encore peu pratiqué", indique Adolfo Suarez Roos. Autre acquis, la norme ISO 10218. Elle pose des exigences de sécurité pour les robots industriels en limitant leurs caractéristiques (vitesse, puissance...). Le bras de robot Kuka LWR (Light weight robot) est le premier à s'y être conformé. Il est issu des études menées au centre allemand de recherche aéronautique DLR. Chacune de ses articulations est dotée d'un capteur d'effort. Le logiciel contrôle la force du robot en cas de contact imprévu. Mais la sécurité par logiciel peut s'avérer trop lente dans certains cas. Les développements actuels veulent rendre le robot intrinsèquement compatible avec les humains. Au laboratoire d'intelligence artificielle de Stanford (États-Unis), le Stanford safety robot est équipé d'un actionneur "human-friendly", qui combine systèmes pneumatiques (souples, mais peu précis) et électromagnétiques (traditionnels dans les robots). De la même manière, l'un des chapitres importants de Saphari est la mise au point d'articulations souples - des dispositifs mécatroniques innovants - dont la raideur peut varier pendant l'exécution d'une opération.

VOUS ÊTES CONCERNÉS
  • Les constructeurs automobiles
  • L'industrie aéronautique
  • Les industries d'assemblage de biens de consommation

 

À court terme, les partenaires de Saphari utiliseront cependant des bras LWR de Kuka. Le Laas, le laboratoire CNRS de Toulouse, va par exemple monter deux bras LWR sur un robot mobile pour tester ses développements. Dans son nouveau hall d'expérimentation, le laboratoire veut installer un "coin atelier". Différents scénarios de cohabitation et de véritables coopérations seront testés entre l'homme et le robot. "Comparé à celui de service, le robot industriel a l'avantage de partager son travail avec un professionnel, en principe focalisé sur sa tâche. Mais il doit affronter des opérations complexes et être facilement reprogrammable", souligne Rachid Alami, le responsable du département robotique et intelligence artificielle au Laas.

Un principe général : le robot apporte la force et la rapidité, l'homme son expertise. Dans une opération d'assemblage, le premier peut "annuler la gravité" (il porte la pièce), mais le second est bien plus doué pour placer cette pièce avec précision. Laisser la main à l'homme, c'est le principe du robot d'assistance aux tâches industrielles du CEA List, qui amplifie l'effort de l'opérateur tout en lui fournissant l'information (retour d'effort) sur le déroulement de la tâche. La première application opérationnelle, un robot construit par RB3D, est installée chez un industriel pour l'assistance au meulage. D'autres utilisations sont envisagées : aide à la manipulation de pièces, d'outillages lourds... Pour une bonne coordination, le Lirmm a développé des outils mathématiques qui modélisent une tâche en décrivant leurs mouvements relatifs, indépendamment de l'environnement. Pour saisir un objet à deux, les chercheurs de Montpellier proposent de piloter le robot en lui faisant exécuter un mouvement en miroir, symétrique à celui de l'opérateur, qui peut ainsi téléopérer un robot de manière intuitive. Des solutions que le laboratoire pourrait tester au sein du projet ANR Icaro sur la robotique coopérative industrielle, où l'on retrouve EADS et PSA Peugeot Citroën.

Se comprendre pour collaborer

Plus généralement, pour qu'un robot puisse interagir avec un homme, il doit comprendre ses gestes, ses intentions, ses décisions et même ses sautes d'humeur ou ses défaillances... "Il faut lui fournir des modèles de l'homme et les inscrire dans les algorithmes de contrôle", résume Rachid Alami. Le robot peut commencer par assouplir ses mouvements, qui seront moins agressifs et mieux compris. Une question de programmation. Plus difficile, ce dernier doit pouvoir estimer la capacité de perception, d'action et de décision de son coéquipier : savoir si un objet est dans le champ de vision de l'homme, si ce dernier est à la bonne distance pour le saisir ou non, et finalement choisir d'agir ou d'attendre sa décision. Pour construire ces modèles de "prise de perspective", les chercheurs du Laas travaillent avec des psychologues, guettent les congrès interdisciplinaires, s'efforcent de monter des projets avec des spécialistes des neurosciences... Leur objectif est de repérer des modèles du comportement humain qui sont pertinents pour l'interaction homme-robot, afin de les incorporer dans le logiciel de contrôle. Un travail de longue haleine qui débouchera, peut-être, sur un robot humanoïde doté de dizaines de degrés de liberté. Et capable de se replanifier en temps réel selon le comportement de son équipier humain.

DES MACHINES COOPÉRATIVES, POUR QUOI FAIRE ?
Partager une tâche
  • Le problème
La sécurité de l'opérateur à proximité du robot doit être assurée. Le robot ne doit pas imposer son rythme de travail à son coéquipier humain.
  • Les solutions

Des systèmes de détection et d'alerte évitant les collisions entre l'homme et le robot.
Des modèles de compréhension et d'interprétation des gestes qui permettent au robot de se caler sur l'activité de l'homme avec lequel il travaille.

Cohabiter dans l'espace de travail

  • Le problème
Les mouvements des robots industriels sont dangereux pour l'homme, ce qui interdit le partage d'un même espace.
  • Les solutions

Détecter la présence de l'homme pour ralentir ou arrêter le mouvement du robot. Des systèmes de détection existent (scrutateurs laser). Mais ils imposent des distances de sécurité. Les nouveaux robots coopératifs sauront eux-mêmes s'adapter à la présence humaine.
Des robots aux articulations souples et variables, plus compatibles avec les humains.

Travailler ensemble

  • Le problème
L'homme et le robot sont en contact physique, ne serait-ce qu'à travers un objet ou un outil.
  • Les solutions
Le robot reste piloté par l'homme. Ses gestes sont asservis à ceux de l'opérateur humain.
Le robot est autonome, mais son système de cation se réadapte en permanence au comportement de l'opérateur.

 

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