Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
Contrairement aux robots rigides traditionnels, les robots souples sont construits à partir de matériaux très flexibles, ce qui les rend plus sûrs pour de la manipulation/interaction avec un environnement fragile. Cependant, l’utilisation de ces matériaux pose de nouveaux défis, en particulier pour la modélisation et le contrôle. Dans cet article, nous proposons et détaillons des méthodes pour y répondre. Celles-ci sont basées sur la méthode des éléments finis pour capturer les déformations du robot, et de son environnement lorsqu’il est déformable, et nous formulons le problème de leur cinématique inverse comme un problème d’optimisation. Les méthodes sont testées en simulation, pour différentes études de cas, ainsi que sur un robot réel.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
Eulalie COEVOET : Ingenieure R&D - Université de Lille, Inria, CNRS, Centrale Lille, France
INTRODUCTION
La robotique souple (ou déformable) est un domaine très récent et actif dans lequel les chercheurs explorent activement les conceptions des robots et leurs usages. La robotique souple puise son inspiration dans la nature, dans la façon dont les organismes vivants se déplacent et adaptent leur forme à leur environnement. L’utilisation de matériaux souples permet à ces robots d’accomplir des tâches avec plus de flexibilité et d’adaptabilité.
La résolution de la cinématique inverse d’un robot souple ne peut pas être réalisée directement à partir des méthodes standard utilisées en robotique traditionnelle. La raison principale est liée à leurs mouvements, obtenus par déformation de la structure plutôt que par des articulations. Par conséquent, le comportement de ces robots doit être modélisé à l’aide de la mécanique des corps déformables. L’utilisation de la mécanique des milieux continus soulève en effet plusieurs problèmes. Aucune solution analytique n’existe dans le cas général et des méthodes numériques, généralement la méthode des éléments finis (FEM – finite element method), doivent être utilisées.
De plus, en raison de leur flexibilité naturelle, les robots souples sont souvent utilisés au contact de leur environnement.
Pourtant, leur cinématique est fortement dépendante de facteurs externes, ce qui augmente la complexité de la résolution de leur cinématique inverse.
Dans cet article, nous proposons et détaillons des méthodes pour la modélisation d’un large éventail de robots souples, et des méthodes pour résoudre leur cinématique inverse. Elles sont basées sur la FEM pour capturer les déformations de la structure du robot et de son environnement si ce dernier est déformable. Nous formulons le problème de leur cinématique inverse comme un programme d’optimisation, permettant une gestion aisée des contraintes sur les problèmes d’actionnement et de singularité. Ces méthodes incluent également les contacts dans le processus d’optimisation.
Nous accordons une attention particulière à fournir des solutions avec des performances en temps réel, permettant un contrôle en ligne dans des environnements évolutifs.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Robotique
(60 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Autres études de cas
English
4. Cinématique inverse avec gestion des contacts
Comme les applications de robotique souple impliquent généralement une interaction entre le robot et son environnement, et que l’utilisation d’un contrôleur sans connaissance des contacts qui se produisent sur le robot réel peut avoir des effets néfastes (figure 9), nous étendons le problème d’optimisation, tel que détaillé dans la section 3.2, pour gérer les contacts.
4.1 Programmation quadratique avec contraintes de complémentarité
La méthode proposée dans cette section repose sur la modélisation de l’environnement du robot, qui peut être rigide ou déformable. Une fois l’environnement modélisé dans la simulation, nous utilisons les méthodes fournies par la plateforme SOFA pour détecter les contacts potentiels entre chaque objet et générer les emplacements des points de contact. La détection est basée sur le calcul des distances minimales en utilisant une implémentation de l’algorithme décrit dans , adapté aux maillages déformables. Cet algorithme gère facilement la détection de contact entre maillages concaves, tout en limitant le nombre de couples de points de proximité, car il ne sélectionne un couple de points que s’ils représentent une distance minimale locale. On peut aussi utiliser une adaptation de l’algorithme pour l’autocollision, mais en pratique, on peut souvent définir les deux points du maillage qui vont s’autoheurter, et simplifier la détection d’autocollision. Lorsque le robot interagit avec un obstacle ou se heurte à lui-même,...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Robotique
(60 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Cinématique inverse avec gestion des contacts
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TOLLEY (M.T.) et al - A resilient, untethered soft robot. - In Soft robotics 1.3, p. 213-223 (2014).
-
(2) - SHEPHERD (R.F.) et al - Multigait soft robot. - In Proceedings of the national academy of sciences 108.51, p. 20400-20403 (2011).
-
(3) - VANNESTE (F.) et al - Anisotropic soft robots based on 3D printed meso-structured materials : design, modeling by homogenization and simulation. - In IEEE Robotics and Automation Letters 5.2, p. 2380-2386 (2020).
-
(4) - RIEFFEL (J.), MOURET (J.-B.) - Adaptive and resilient soft tensegrity robots. - In Soft robotics 5.3, p. 318-329 (2018).
-
(5) - WANG (H.) et al - A cable-driven soft robot surgical system for cardiothoracic endoscopic surgery : preclinical tests in animals. - In Surgical endoscopy 31.8, p. 3152-3158 (2017).
-
(6) - ZHANG...
ANNEXES
SOFA Framework
https://www.sofa-framework.org/
page consultée le 1er janvier 2021
SoftRobots plugin for SOFA
https://project.inria.fr/softrobot/
page consultée le 1er janvier 2021
CGAL
page consultée le 1er janvier 2021
GMSH
page consultée le 1er janvier 2021
qpOASES
https://github.com/coin-or/qpOASES
page consultée le 1er janvier 2021
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Robotique
(60 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
