Brevet FR3135640A1 — publié le 20231124

L’invention concerne un procédé de comanipulation d’une pièce (1) par un opérateur (2) aidé par un partenaire robotique (3) comportant les étapes de munir le partenaire robotique d’un organe de préhension (4) monté libre en rotation selon au moins un axe vertical (Z) ou asservi pour simuler une telle liberté en rotation ; faire saisir une première extrémité de la pièce par l’organe de préhension ; puis, quand une deuxième extrémité de la pièce est saisie et déplacée par l’opérateur, asservir une position de l’organe de préhension le long d’une trajectoire prédéterminée en fonction d’une information angulaire de rotation de l’organe de préhension autour de l’axe vertical résultant d’une position angulaire imprimée à la pièce par l’opérateur. FIGURE DE L’ABREGE : [Fig. 1] Procédé de comanipulation d’une pièce par un opérateur aidé par un partenaire robotique. L’invention concerne le domaine de la robotique et plus particulièrement celui de la cobotique. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Le transport de pièces longues ou encombrantes est problématique dans les ateliers ou chaînes de montage. On a proposé de faire transporter de telles pièces par un opérateur tenant la pièce à l’une de ses extrémités, un système mécanique robotisé (par exemple un bras robot à six axes conventionnel ou une structure prismatique) muni d’un organe de préhension tenant la pièce à l’autre de ses extrémités, faisant office de partenaire robotique. Toute la difficulté consiste à faire avancer la pièce vers sa destination sans lui imposer de sollicitations susceptibles de la déformer ou de l’endommager. Une première méthode consiste à imposer des contraintes non-holonomes au partenaire robotique de sorte que ce dernier n’autorise que certains déplacements. Cette solution oblige l’opérateur à combiner une série de mouvements déterminés afin de suivre les seuls déplacements autorisés de la pièce. Il a également été proposé de programmer le partenaire robotique en l’équipant d’une librairie d’assistances pour exécuter des mouvements collaboratifs prédéfinis. Les informations haptiques générées par l’opérateur lors de la manipulation de la pièce permettent une sélection en temps réel de l’assistance pertinente. Cependant, ce procédé n’est pas adapté au transport de grandes pièces fragiles, puisque des couples importants peuvent être appliqués soit par le partenaire robotique soit par l’opérateur sur la pièce, pouvant induire un dommage de la pièce. Afin d’assurer de façon fluide le déplacement d’une pièce longue ou fragile, le partenaire robotique doit pouvoir participer activement à son mouvement pour éviter que l’opérateur et/ou le partenaire robotique n’applique des contraintes dommageables à la pièce. Dans le cas où la tâche de déplacement est connue et assez répétitive, une solution immédiate consiste à utiliser un partenaire robotique proactif qui anticipe les mouvements de l’opérateur et participe activement au partage des efforts. Le cadre le plus commun est alors une programmation par démonstration dont le but est d’apprendre la tâche de déplacement pour la reproduire. Cette solution permet une diminution des efforts générés par l’opérateur. Cependant, il est avéré que les opérateurs se sentent plus à l’aise avec un partenaire robotique au comportement sinon toujours identique, du moins très prévisible. Dans le cas où la tâche de déplacement est seulement partiellement connue et peut subir divers évènements ou obstacles imprévus, une autre solution consiste dans la planification de mouvement à rétroaction. Cependant, cette solution requiert de connaître la dynamique inverse de la pièce pour calculer les forces et moments appliqués à la pièce conformément à la trajectoire planifiée. Ces informations sont difficiles à obtenir pour chaque pièce, dans un contexte industriel. Il a été proposé de mettre en œuvre un mode de contrôle des efforts utilisant un capteur de force/couple placé au niveau du point de préhension de l’opérateur. Un inconvénient de cette méthode est le problème bien connu que l’instabilité due à la non–colocalisation des mesures est amplifiée, ce qui n’est pas favorable au transport de grandes pièces fragiles. OBJET DE L’INVENTION L’invention vise à proposer un procédé de comanipulation de pièces permettant d’éviter l’application de couples sur la pièce par l’opérateur ou le partenaire robotique. PRESENTATION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de comanipulation d’une pièce par un opérateur aidé par un partenaire robotique, comportant selon l’invention les étapes de : munir le partenaire robotique d’un organe de préhension d’une première extrémité de la pièce qui est monté sur le partenaire robotique pour être mobile en rotation au moins selon un axe vertical, en étant mécaniquement réversible ou asservi pour simuler une liberté en rotation ; faire saisir une première extrémité de la pièce par l’organe de préhension ; puis, quand une deuxième extrémité de la pièce est saisie et déplacée par l’opérateur, asservir une position de l’organe de préhension le long d’une trajectoire prédéterminée en fonction d’une information angulaire de rotation de l’organe de préhension autour de l’axe vertical résultant d’une position angulaire imprimée à la pièce par l’opérateur. Ainsi, le procédé de l’invention permet de transporter des pièces de grandes dimensions à l’aide de deux partenaires (Homme-Robot) qui appliquent uniquement des forces (et non des couples) tel que le ferait un binôme Homme-Homme. Afin que l’opérateur garde la maîtrise de l’avancée de la pièce le long de la trajectoire, l’opérateur est meneur du binôme et donc l’invention consiste à créer un partenaire robotique actif mais suiveur, de sorte que l’opérateur a l’impression d’avoir affaire à un partenaire robotique passif. L’avancement de l’opérateur provoque un petit débattement angulaire de la pièce et donc une rotation de l’organe de préhension autour de l’axe vertical qui est captée du côté du partenaire robotique, sans qu’il soit besoin de capteurs au niveau de l’opérateur. Cette information angulaire est alors utilisée selon l’invention pour commander le partenaire robotique pour faire avancer l’organe de préhension le long de la trajectoire de concert avec l’opérateur. L’opérateur n’a aucun besoin d’imposer un couple sur la pièce pour induire un effort sur l’organe de préhension afin de faire avancer le partenaire robotique. Les principaux avantages sont les suivants : la pièce peut être amenée à suivre des trajectoires quelconques et pas seulement des lignes droites ; les pièces fragiles de grandes dimensions peuvent être manipulées sans appliquer de torsion sur la pièce et donc en préservant l’intégrité de la pièce (en évitant la casse ou la déformation); l’ergonomie est améliorée en supprimant le ressenti de l’inertie du partenaire robotique au point de saisie opérateur ; Il n’est pas nécessaire de disposer de capteurs côté opérateur, l’information angulaire étant générée du côté du partenaire robotique. Selon un aspect particulier de l’invention, l’information angulaire est estimée par une différence entre une position angulaire de l’organe de préhension et une consigne de position angulaire. De préférence, la consigne de position angulaire est une position angulaire absolue constante. Par exemple, la consigne de position angulaire est une position angulaire absolue prédéfinie. Par exemple, la consigne de position angulaire est prise égale à une position angulaire initiale de la pièce au début de son déplacement. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d’un mode particulier de réalisation de l’invention, en référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquelles : la est une vue de côté d’un bras robot servant de partenaire robotique à un opérateur pour comanipuler une pièce selon le procédé de l’invention ; la est une vue de dessus du bras robot de la selon diverses positions lors du déplacement de la pièce sous l’initiative de l’opérateur ; la est un schéma-bloc illustrant la façon dont le partenaire robotique des figures 1 et 2 est commandé selon l’invention ; la est un schéma-bloc plus détaillé illustrant un mode particulier de mise en œuvre d’un asservissement du partenaire robotique selon le procédé de l’invention. Procédé de comanipulation d’une pièce (1) par un opérateur (2) aidé par un partenaire robotique (3), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : munir le partenaire robotique d’un organe de préhension (4) d’une première extrémité de la pièce qui est monté sur le partenaire robotique pour être mobile en rotation au moins selon un axe vertical (Z), en étant mécaniquement réversible ou asservi pour simuler une liberté en rotation ; faire saisir une première extrémité de la pièce par l’organe de préhension ; puis, quand une deuxième extrémité de la pièce est saisie et déplacée par l’opérateur, asservir une position de l’organe de préhension le long d’une trajectoire (T) prédéterminée en fonction d’une information angulaire de rotation (α;X) de l’organe de préhension autour de l’axe vertical résultant d’une position angulaire imprimée à la pièce par l’opérateur. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’information angulaire est estimée par une différence entre une position angulaire (X) de l’organe de préhension (4) et une consigne de position angulaire (X d ). Procédé selon la revendication 2, dans lequel la consigne de position angulaire (X d ) est une position angulaire absolue constante. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la consigne de position angulaire (X d ) est une position angulaire absolue prédéfinie. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la consigne de position angulaire (X d ) est prise égale à une position angulaire initiale de la pièce (1) au début de son déplacement. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la consigne de position angulaire est variable le long de la trajectoire. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la consigne de position angulaire (X d ) est une perpendiculaire à la trajectoire (T) déterminée à la position de l’organe de préhension (4) sur la trajectoire (T). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’asservissement comporte un module de suivi de l’opérateur (5) et un module de suivi de la trajectoire (6). Procédé selon la revendication 8 dans lequel le module de suivi de la trajectoire (6) comporte un module de mécanisme virtuel (7) mettant en œuvre un mécanisme virtuel (MV) définissant la trajectoire (T) sous forme de splines. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le module de suivi de trajectoire (6) comporte un module de couplage (8) qui assure le couplage de l’organe de préhension (4) avec le mécanisme virtuel (MV) au moyen d’un système ressort/amortisseur (B;K).