Groupes de travail GT3 : Manipulation multi-échelle

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GT3 : Manipulation multi-échelle

Objectifs

La manipulation d'objets est nécessaire à de nombreux procédés techniques et scientifiques. D'une manière générale, la manipulation repose sur des actions de saisie, de transfert, de positionnement, d’orientation, de dépose, en vue d’applications d'assemblage, de tri, de sélection...

Différentes échelles relatives à l’objet peuvent ainsi être considérées :
• l’échelle macroscopique : le poids de l’objet, sa géométrie et l’espace de travail imposent des conditions pour la manipulation avec un préhenseur multi-digital ;
• les échelles microscopique et nanoscopique : celles-ci se caractérisent principalement par le fait que les forces surfaciques sont prépondérantes par rapport aux forces volumiques, engendrant des complexités nouvelles. Le poids est ainsi négligeable à cette échelle. De la même manière, l’augmentation de l’influence des bruits est caractéristique, phénomène amplifié à l’échelle nanométrique avec par exemple le bruit thermique ;
• l’échelle mésoscopique : cette dernière forme un trait d’union entre les deux mondes précédents. Elle se caractérise principalement par une balance macroscopique des efforts (forces de gravité encore prépondérantes) mais aussi la nécessité d’outils de microscopie pour la scène de la préhension.

Thèmes

La préhension d'objets macroscopiques se caractérise par la génération d'efforts de serrage de module proportionnel à l'accélération développée et au poids de l'objet manipulé pour la réalisation de la tâche. Ces efforts permettent de le solidariser avec le préhenseur afin de procéder à son déplacement. Le système de manipulation dans son ensemble possède des dimensions appartenant à la même gamme dimensionnelle que celle de l'objet. Pour cette thématique, des problèmes de conception de préhenseur à un ou plusieurs degrés de liberté, de commande haut niveau, de planification réactive, de modélisation des efforts de manipulation coordonnée sont des verrous de recherche.

Lorsque l'on considère la micropréhension et la manipulation précise d'objets microscopiques, la corrélation entre la taille de l'objet et le système de manipulation n'existe plus. Les déplacements mis en jeu appartiennent à une plage très large allant de la dizaine de nanomètres à une dizaine de micromètres, et peuvent être produits par des systèmes de dimensions très supérieures. Au minimum, le préhenseur doit posséder des dimensions comparables à celles de l'objet. Les mêmes propriétés sont observées pour la nanomanipulation. Les problèmes considérés sont cette fois liés aux différents composants d’une station de manipulation, le préhenseur et le mode de préhension associé, les stratégies de manipulation, les actionneurs, les capteurs de déplacement et d’effort, la vision, les outils d’assistance pour la manipulation automatisée, la commande.

Aux échelles intermédiaires, l’approche macroscopique de la préhension peut encore être appliquée et les problèmes parasites liés aux forces surfaciques ainsi que des problèmes technologiques sont surmontés. De nouveaux domaines de recherche émergent ainsi à cette échelle intermédiaire comme la modélisation/commande de matériaux et structures actifs, la conception de préhenseurs bidigitaux et les commandes associées, les systèmes de positionnement, l’assemblage.

Le GT s’articulera autour de ces trois domaines dimensionnels recouvrant des thématiques avec les autres GT comme les interactions homme-robot, la conception... Les mises en communs de différents sous-thèmes permettront de couvrir une large gamme d’applications dont les points de focalisation seront par exemple l’assemblage et le domaine biologique.

Au plan général, les problématiques scientifiques traitées dans ce GT reposent sur trois piliers :
• la connaissance et la maîtrise du monde dans lequel intervient et/ou est immergé le système robotique manipulateur et avec lequel il interagit (comportements physiques statique et dynamique, exploitation et contrôle de ses propriétés propres) ;
• la conception et la fabrication des structures robotiques appropriées (mécatronique, approche multi-physique) ;
• la perception et la commande (mesures proprio et extéroceptives, stratégies de commande multi-niveaux, interaction homme-robot).

Ces axes sont déclinés de manière assez, voire radicalement différente selon l’échelle dimensionnelle considérée, avec des degrés de maturité scientifique également très différents.

En particulier, aux plus petites échelles, ils demeurent tous encore aujourd’hui des problèmes largement ouverts sans solution encore réellement stabilisée. Ainsi, les échanges au sein du GT et la confrontation des savoir-faire et technologies aux différentes échelles pourront se révéler particulièrement fructueux.

Actions

Il est à noter que ce GT est extrêmement multidisciplinaire et que l’un de ses objectifs est de proposer des échanges et des collaborations avec les biophysiciens, les chercheurs de la microscopie à champ proche, des microsystèmes et microtechnologies ou de l’assemblage et de la sûreté de fonctionnement. Ce GT sera donc un lieu d’échange à la fois pour des exposés relatifs aux thèmes mais aussi pour des domaines connexes pouvant être à la base de nouvelles recherches soit applicatives soit relatives à la modélisation, comme par exemple en tribologie. Le GT produira un document d’état de l’art et de prospective.