Commande de robots en collaboration physique - Défis, méthodes et applications

La robotique traditionnelle, en particulier dans le milieu industriel, repose sur une robotique planifiée, où les actions et mouvements du robot sont prédéfinis en fonction d’un environnement hautement structuré et contrôlé. En raison de cette dépendance à un environnement rigide, ces robots sont souvent isolés des humains et d’autres systèmes dynamiques, afin d’éviter tout événement imprévu, tels que des modifications inattendues de l’environnement (changements dans la disposition des objets ou des équipements et apparition de nouveaux obstacles).

Ces robots sont très largement commandés en position, où une trajectoire est préalablement planifiée, et ensuite suivie grâce à une loi de commande en boucle fermée adaptée. Il existe également des applications de robotique classique, où la commande est en effort, mais faite sur un environnement statique ou peu changeant, et où une consigne d’effort est préalablement définie.

Depuis quelques années, on voit arriver une nouvelle génération de robots dits « collaboratifs » (couramment appelés « cobots ») qui séduisent de plus en plus les industriels et dynamisent l’intérêt de la robotique dans certains domaines par une relative simplification de leur utilisation et reprogrammation.

Bien que ces cobots soient souvent utilisés comme des robots classiques en termes d’application, avec une sécurisation pour l’humain qui est plus élevée ainsi que des capacités de détection de collision, la cobotique (robotique collaborative) réelle doit être repensée en termes de commande pour faire davantage collaborer les robots avec les humains. Dans ce cas, l’approche consistant à planifier préalablement la trajectoire du robot devient inadéquate, car l’interaction physique imprévisible de l’humain, qui sert à guider la collaboration, ne permet plus de garantir la bonne exécution de cette trajectoire. Dans ce contexte, où les niveaux d’interaction physique peuvent être variés, des méthodes de commande robotique différentes doivent être trouvées et appliquées au contexte de l’interaction physique qui est posé.

Cet article se focalise particulièrement sur le cas de l’interaction physique continue entre humains et robots, où les deux sont actifs en même temps, pour accomplir des tâches communes, telles que la comanipulation ou le cotransport d’objet. L’article traite les aspects de commande des robots dans ce contexte, où des méthodes dites « compliantes » sont décrites et adaptées au contexte posé, et exploitent le modèle dynamique du robot. Par ailleurs, des problématiques sont abordées et des solutions sont apportées, liées au besoin d’adapter le niveau de compliance en ligne et à la présence d’un objet comanipulé dont la dynamique présente des incertitudes. Ainsi, les défis posés dans ce contexte seront exposés dans la section 1. Dans la section 2, la notion d’interaction physique et la catégorisation de ces différents niveaux seront détaillées. Ensuite, les commandes compliantes et adaptées au contexte de l’interaction physique continue seront décrites (section 3) et un cas d’application de comanipulation d’objet par humains et robots sera présenté (section 4).