Mécanismes de tenségrité pour la robotique de manipulation

La manipulation est au cœur de nombreux processus industriels et constitue historiquement l’une des premières applications de la robotique. Un manipulateur robotique est constitué d’une base reliée à un effecteur par une chaîne cinématique motorisée. Les robots industriels sont traditionnellement constitués d’une ou de plusieurs chaînes cinématiques (suivant une architecture série ou parallèle) reliant la base à l’effecteur par des corps solides et rigides articulés entre eux par des liaisons mécaniques. De par les hautes dynamiques recherchées et la puissance de ces robots industriels, les espaces de travail de l’homme et de la machine sont généralement rendus distincts pour des raisons évidentes de sécurité. Ces architectures de robots industriels sont donc peu adaptées pour des applications en robotique d’interaction où homme et robot travaillent côte à côte, voire en partageant la tâche de manipulation dans le cas de la comanipulation. Dans ce cas, il est nécessaire de considérer des architectures robotiques alternatives afin de concevoir des robots à la fois légers et robustes, permettant de réaliser une tâche de manipulation efficacement tout en assurant la sûreté de l’interaction avec le travailleur humain.

L’utilisation de mécanismes de tenségrité dans ce contexte est l’objet de cet article. Ces mécanismes sont issus des tenségrités [C 2 471], une classe de structures composées de barres maintenues en compression par un réseau de câbles en tension. Les mécanismes de tenségrité sont obtenus en actionnant l’un ou plusieurs des éléments de la structure. Ces mécanismes peuvent supporter des charges importantes tout en restant légers, compliants et capables de s’adapter à leur environnement. Leur application présente ainsi de nombreux intérêts dans le domaine de la robotique d’interaction. Cet article fournit des éléments spécifiques à leur exploitation dans ce contexte, et également les défis technologiques et fondamentaux associés à leur utilisation.

La première section introduit les principes de base des mécanismes de tenségrité et leurs conséquences sur leur comportement et leur modélisation, alors réalisée dans un cas statique. La deuxième section est focalisée sur les méthodes de modélisation et les outils de simulation spécifiques à ces systèmes. Les outils d’analyse permettant l’évaluation de leurs performances sont présentés dans la troisième section. La quatrième section met en avant les problématiques de conception propres à l’exploitation des mécanismes de tenségrité dans le contexte de la robotique de manipulation. La cinquième section introduit les stratégies de commande disponibles afin de contrôler la pose du mécanisme, mais également sa caractéristique intrinsèque qu’est la raideur. Les applications des mécanismes de tenségrité en robotique de manipulation sont finalement présentées dans la sixième et dernière section.