Des robots manipulateurs collaboratifs sûrs

Safe Collaborative Robotic Manipulators

• Auteur / Autrice : Mohammad Safeea
• Direction : Richard Béarée, Pedro Neto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique (AM)
• Date : Soutenance le 11/09/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM en cotutelle avec Universidade de Coimbra
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LISPEN
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Siciliano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Béarée, Pedro Neto, Bruno Siciliano, Paulo A. Moreira, Miguel Afonso Dias de ayala botto, Olivier Gibaru
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paulo A. Moreira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accidents -- Prévention

Intelligence artificielle

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Évitement des collisions

Sécurité

Champs potentiels

Robots collaboratifs

Guidage manuel

Redondance

Cinématique du robot

Dynamique du robot

Algorithmes récursifs

Matrice de masse

Symboles de Christoffel

Hessian

Méthode de Newton

Collision avoidance

Safety

Potential fields

Newton method

Hessian

Collaborative manipulators

Hand-guiding

Redundancy

Robot kinematics

Robot dynamics

Recursive algorithms

Mass matrix

Christoffel symbols

Résumé

Les manipulateurs industriels collaboratifs ouvrent une nouvelle ère dans la fabrication flexible, où les robots et les humains sont capables de coexister et de travailler ensemble. Cependant, divers défis persistent pour parvenir à une collaboration complète entre les robots et les humains en milieu industriel. Dans cette thèse, deux défis principaux - la sécurité et la collaboration - sont abordés pour atteindre cet objectif. Concernant la sécurité, la thèse présente une méthode d'évitement des collisions en temps réel qui permet au robot d'ajuster les chemins générés hors ligne pour une tâche industrielle, tout en évitant les collisions avec les humains à proximité. En outre, la thèse a présenté une nouvelle méthode pour effectuer un mouvement d'évitement de collision réactif, en utilisant la méthode de Newton du second ordre qui offre divers avantages par rapport aux méthodes traditionnelles utilisées dans la littérature. Sur la collaboration, la thèse présente un mode de guidage manuel précis comme alternative au mode de guidage actuel pour effectuer des opérations de positionnement précis de l'effecteur terminal du robot d’une manière simple et intuitive. La thèse présente également de nouvelles contributions à la formulation mathématique de la dynamique des robots, y compris un algorithme récursif pour calculer la matrice de masse des robots sériels avec un coût minimal du second ordre et un algorithme récursif pour calculer efficacement les symboles de Christoffel. Tous les algorithmes présentés sont validés soit en simulation, soit dans un scénario réel.

Collaborative industrial manipulators are ushering a new era in flexible manufacturing, where robots and humans are allowed to coexist and work side by side. However, various challenges still persist in achieving full human robot collaboration on the factory floor. In this thesis two main challenges - safety and collaboration - for achieving that goal are addressed. On safety, the thesis presents a real-time collision avoidance method which allows the robot to adjust the offline generated paths of the industrial task in real-time for avoiding collisions with humans nearby. In addition, the thesis presented a new method for performing the reactive collision avoidance motion using second order Newton method which offers various advantages over the traditional methods in the literature. On collaboration, the thesis presents the precision hand-guiding as an alternative to the teach-pendant for performing precise positioning operations of the robot’s end-effector in a simple and intuitive manner. The thesis also presents new contributions into the mathematical formulation of robot dynamics, including a recursive algorithm for calculating the mass matrix of serially linked robots with a minimal second order cost, and a recursive algorithm for calculating Christoffel symbols efficiently. All the presented algorithms are validated either in simulation or in a real-world scenario.