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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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1. Systèmes de préhension
Les systèmes de préhension prennent des formes très diverses selon les objets à manipuler et la nature des tâches à exécuter. Il peut s’agir de systèmes extrêmement versatiles, d’inspiration anthropomorphe, offrant une forte capacité d’adaptation de la prise ou à l’opposé de préhenseurs spécifiques très simples.
Lorsque les opérations de manipulation à robotiser sont simples et répétitives, comme fréquemment en production manufacturière, on exploite de simples pinces à serrage symétrique, commandées en tout ou rien, ou encore des systèmes de préhension par adhésion utilisant différents effets : électromagnétique pour les matériaux ferreux, électrostatique pour de très petits objets, par dépression, etc. Plusieurs illustrations de ces derniers sont données (figure 1).
Pour améliorer la robustesse de fonctionnement du système robotique ou pour l’adaptation de la prise face à une variété d’objets et/ou aux variations de l’environnement de tâche, on est amené à faire usage de préhenseurs intégrant des capteurs (figure 2) :
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des capteurs de position pour asservir la position des doigts et leur vitesse de déplacement ;
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des capteurs tactiles ou d’effort pour la détection du contact des doigts avec l’objet à saisir et asservir l’effort de serrage ;
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des capteurs de proximité pour maîtriser la distance relative doigt /objet ;
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des capteurs de vision pour déterminer la géométrie locale des surfaces de prise.
Les applications robotiques d’assemblage complexe, de télé- opération, où l’organe de préhension doit être très versatile, ont induit le développement des préhenseurs articulés où les mécanismes des doigts disposent d’une haute mobilité pour satisfaire aux besoins d’adaptation des prises et l’exécution d’actions. Plusieurs illustrations de tels systèmes sont données figure 3.
La réalité virtuelle et la réhabilitation fonctionnelle constituent également de nouveaux champs d’application pour les systèmes de préhension robotisés. Il s’agit alors d’exosquelettes (figure ...
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Systèmes de préhension
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BIDAUD (Ph.), DAHAN (M.) - Micropréhension - Micromanipulation. Chapitre 7. - La microrobotique, Hermès (2002).
-
(2) - MONTANA (G.J.) - An analysis of astractive prehension. - The International Journal of Robotic Research, Vol. 16, no 1 (1997).
-
(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).
-
(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).
-
(6) - ROHMDAME (L.), DUFFY (J.) - Kinestatic Analysis of Multifingered hands. - The International Journal of Robotic Research, Vol. 6,...
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