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RÉSUMÉ
Reproduire la fonction de préhension offerte par la main humaine est une des problématiques les plus complexes de la robotique. Elle suppose des systèmes mécaniques adaptés à la préhension et à d'autres fonctions. Des capteurs doivent également être utilisés pour la localisation, le positionnement, la force de préhension, etc. Et un système de commande permet le pilotage des différents éléments. Enfin l’exécution de fonctions complexes repose sur une commande de haut niveau, avec apprentissage et planification réactive des actions élémentaires.
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Philippe BIDAUD : Professeur à l’Université Pierre-et-Marie-Curie, Paris VI
INTRODUCTION
La main chez l’homme constitue l’effecteur du membre supérieur. C’est « l’instrument des instruments », doté d’une très grande richesse fonctionnelle due à son architecture, à la mobilité de ses différents éléments, au grand nombre de muscles moteurs, à ses récepteurs sensoriels extrêmement sensibles et au couple indissociable qu’elle forme avec le cerveau. La main de l’homme possède une structure parfaitement logique et optimisée relativement aux différentes fonctions pour lesquelles on l’utilise.
La fonction préhension est l’une des fonctions les plus complexes à réaliser par un système robotisé. Elle suppose l’utilisation des systèmes mécaniques commandés, adaptés à la saisie des objets et aux actions désirées. L’intégration de capteurs au préhenseur s’avère nécessaire pour de multiples raisons comme en particulier : la localisation des surfaces de saisie des objets, la détermination de la configuration de la prise, le contrôle de l’effort de saisie et plus largement le contrôle des actions réalisées par le préhenseur.
La commande de ces systèmes doit permettre, à bas niveau, d’assurer par le pilotage des mouvements des doigts la prise des objets et un maintien de la configuration. La mise en œuvre des prises-actions nécessitent des commandes plus sophistiquées où les mouvements coordonnés des doigts et les interactions de l’objet manipulé doivent être maîtrisés.
L’exécution de fonctions complexes, faisant appel aux capacités d’adaptation et de perception de l’environnement des systèmes de préhension, suppose une commande de haut niveau avec l’apprentissage et la planification réactive des actions élémentaires.
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- Version courante de avr. 2020 par Jean-Pierre GAZEAU
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2. Mécanique de la préhension
Pour saisir un objet, on peut utiliser différents principes que l’on classera en trois grandes catégories : (1) les effets d’adhésion, (2) les actions de contact, (3) les effets à distance. Les effets d’adhésion utilisés reposent sur des principes physiques tels qu’une action magnétique, électrostatique ou une dépression [2]. Pour des objets de taille submillimétrique, les seules forces de Van der Waals ou les forces capillaires peuvent être suffisantes à la saisie. Le choix de l’un de ces principes dépend de la nature des objets et des performances de la prise ainsi que des caractéristiques des actions. Notons que l’on utilise également des pinces optiques, principalement pour manipuler une molécule unique d’ADN ou de protéine. La « prise » d’une particule, immergée dans un milieu aqueux, est ainsi réalisée par un faisceau laser qui dans certaines conditions crée une pression électrostatique s’exerçant à l’interface à cause de la différence entre les constantes diélectriques et qui tend à confiner la particule.
2.1 Prise des objets
La prise d’un objet définit la configuration des éléments matériels qui concourent à la saisie de l’objet et les efforts qu’ils développent sur l’objet. Ces éléments de contact sont selon les cas ponctuels, linéïques ou surfaciques. Ils peuvent développer des forces de saisie unilatérales (forces de contact) ou bilatérales (forces d’adhésion).
La définition de la prise constitue une spécification fonctionnelle importante dans la conception ou dans le choix d’un préhenseur. Le choix d’une prise dépend des propriétés intrinsèques de l’objet (sa géométrie, ses dimensions, son comportement mécanique, les caractéristiques physiques et fonctionnelles des surfaces de l’objet) et aussi de l’encombrement de l’environnement de saisie et de dépose des objets ainsi que des spécificités de la manipulation des objets.
Les modes de préhension pour la prise proprement dite et les prises-actions peuvent être classées en deux grands groupes :
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les prises bidigitales et pluridigitales distales, privilégiées quand on recherche la précision de la configuration de l’objet dans le préhenseur (figure 6) et lorsque le mouvement...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BIDAUD (Ph.), DAHAN (M.) - Micropréhension - Micromanipulation. Chapitre 7. - La microrobotique, Hermès (2002).
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(2) - MONTANA (G.J.) - An analysis of astractive prehension. - The International Journal of Robotic Research, Vol. 16, no 1 (1997).
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(3) - REULEAUX (L.) - Kinematics of Machinery. - Eds MacMillan (1876).
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(4) - BIDAUD (Ph.) - Conception mécatronique d’un préhenseur flexible. - Revue d’Automatique et de Productique Appliquées (1994).
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(5) - DOTY (K.L.), MELCHIORRI (C.), BONIVENTO (C.) - A theory of generalized inverses applied to robotics. - The International Journal of Robotic Research, Vol. 12, no 1 (1993).
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(6) - ROHMDAME (L.), DUFFY (J.) - Kinestatic Analysis of Multifingered hands. - The International Journal of Robotic Research, Vol. 6,...
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