EPFL : Un bras robot qui attrape des objets au vol

Un bras robot mis au point par les chercheurs de l’EPFL à Lausanne est capable d’attraper tous les objets qu’on lui lance. Il lui suffit d’une fraction de seconde pour se détendre et se saisir de n’importe quel objet – raquette de tennis, balle, bouteill – lancés dans sa direction.

Le bras Kuka est long d’environ 1,5 mètre et se dresse à la verticale. Il est doté de trois degrés de liberté et d’une main sophistiquée à quatre doigts. Programmée par le Laboratoire d’algorithmes et systèmes d’apprentissage de l’EPFL (LASA), cette plateforme est destinée à tester des solutions robotiques pour la capture d’objets en mouvement. Unique, elle a la capacité d’attraper des projectiles de formes diverses et irrégulières en moins de 5 centièmes de secondes.

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De plus en plus présents dans notre quotidien et appelés à assumer des tâches variées, les robots devront notamment être capables de rattraper ou d’éviter des objets de nature complexe et en plein mouvement, commente Aude Billard, qui dirige le LASA. Nous avons donc non seulement besoin de machines pouvant réagir sur le vif, mais également prédire les dynamiques de l’objet et générer un mouvement dans la direction inverse.

Pour qu’un robot puisse attraper un objet en vol de nombreux paramètres sont à à prendre compte et notamment les changements de trajectoires imprévus. Un lancé de bouteille d’eau ne suivra pas la même trajectoire qu’un lancé de raquette de tennis par exemple. Dans la grande majorité des cas, le robot est programmé à l’avance pour pouvoir réagir à un nombre défini de situations.

Les machines d’aujourd’hui ne peuvent pas assimiler rapidement des changements de données, explique Aude Billard. Elles sont donc obligées de recalculer les trajectoires, ce qui leur demande beaucoup trop de temps, dans une situation où la moindre fraction de seconde peut se révéler déterminante.

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Un bras robot qui imite et apprend

Fonctionnant sur un principe différent, nous vous avions présenté un robot humanoïde capable de rattraper une balle et la renvoyer, développé par les laboratoires de Disney. A l’EPFL, les chercheurs du LASA se sont inspirés de la manière dont les humains apprennent, pour doter leur bras robot d’une aussi grande capacité d’adaptation : par imitation et tâtonnements. Dénommée Programming by demonstration, cette technique consiste non pas à donner une commande fixe au robot, mais à lui montrer des exemples de trajectoires possibles. Il s’agit de guider le bras manuellement vers la cible qui lui est projetée et à répéter cet exercice à plusieurs reprises.

Les chercheurs ont utilisé divers objets qui présentaient des mouvements complexes et des centres de gravité variés et dont la partie que le robot devait saisir était différente selon chaque situation. Une balle, une bouteille vide, une bouteille à moitié pleine, un marteau et une raquette de tennis ont donc été lancés au robot pendant les expériences.

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La première phase est la phase d’apprentissage, pendant laquelle on lance les objets en direction du robot plusieurs fois. Le bras Kuka du laboratoire LASA est équipé d’une série de caméras placées tout autour de lui, qui vont lui servir à enregistrer toutes les données dont il aura besoin dans un second temps : trajectoires, vitesses et mouvements rotationnels spécifiques de chaque objet. Toutes ces données forment une dynamique. Les chercheurs vont la traduire en une équation, qui permet ensuite au robot de se positionner très rapidement dans la bonne direction à chaque fois que l’objet lui est relancé. Durant les quelques millisecondes que dure l’approche, la machine affine et corrige la trajectoire pour une capture en temps réel et de haute précision. Une efficacité qui est encore accrue par le développement de contrôleurs qui couplent et synchronisent les mouvements des doigts et de la main.


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