COMMANDE DES ROBOTS COLLABORATIFS

Afin qu'un humain puisse coopérer de façon intuitive avec un robot, un grand soin doit être porté à la commande de celui-ci. En effet, les schémas traditionnels de commande en position s'appliquent mal à l'interaction physique humain-robot.

Un schéma approprié est la commande par admittance. Il consiste à mesurer les forces appliquées sur un manipulateur à l'aide d'un capteur d'efforts et de calculer la réaction du robot qui correspond à une dynamique définie par une masse, un amortissement et une raideur virtuels. À des fins ergonomiques, on tentera donc de faire ressentir une masse légère à l'usager même si le robot avec lequel il collabore déplace une grande charge. La figure 1 présente un humain intéragissant avec un robot sériel par le biais d'un capteur d'efforts.

Fig. 1 : Exemple d'interaction humain-robot utilisant les signaux provenant d'un capteur d'efforts.

Il est également possible d'intéragir avec un robot en appuyant directement sur sa membrure si celle-ci est munie d'un capteur tactile, comme on peut le voir à la figure 2. Ce type d'interaction est plus intuitive dans la mesure où elle se rapproche d'une interaction entre deux humains. Cependant, les peaux robotiques actuelles ne mesurent pas bien les forces de cisaillement (transversales) appliquées sur la peau, de sorte que la collaboration sera plus aisée en utilisant un capteur d'efforts. Cependant, en combinant les deux systèmes, il serait possible de commander à la fois les déplacements à l'effecteur et les degrés de liberté supplémentaires d'un robot redondant.

Fig. 2 : Exemple d'interaction humain-robot utilisant les signaux provenant d'une peau robotique.

Afin d'améliorer l'interaction, il est possible de modifier la dynamique virtuelle en ligne. Une façon intéressante de le faire consiste à augmenter l'amortissement lorsque l'humain tente de décélérer le robot. En effet, il est fréquent que l'on accélère doucement pour ensuite vouloir freiner rapidement. Pour détecter l'intention de décélérer, on compare les directions de la vitesse et de la force appliquée sur le manipulateur. Ainsi, une force opposée au déplacement sera interprétée comme une volonté de freiner. La figure 3 présente un schéma de commande par admittance variable.

Fig. 3 : Schéma de commande avec un modèle d'admittance variable.

On peut observer sur le schéma que l'humain est dans la boucle de commande. Puisque chaque humain est différent, cela explique que la commande de robots interactifs présente de nombreux défis ! L'un de ceux-ci est l'instabilité du système de commande qui se produit lorsque l'humain rigidifie son bras. Pour éviter ces situations dangereuses, un observateur d'instabilité a été développé. Celui-ci se base sur la théorie de la stabilité de Lyapunov. Concrètement, la raideur de l'humain est estimée à partir des mesures de force et de déplacement. Si celle-ci excède un certain seuil, le système de commande augmentera l'amortissement virtuel. Bien qu'il soit possible de toujours utiliser un grand amortissement, il est préférable de moduler celui-ci pour que la collaboration soit facile, intuitive et stable, peu importe le comportement de l'humain. La deuxième séquence vidéo présentée ci-bas illustre le comportement expérimental obtenu avec un observateur d'instabilité.