I - INTRODUCTION :

Les premiers robots utiles pour l’homme sont apparus avec l’émergence des chaînes de montage où les robots pouvaient effectuer des tâches répétitives, pénibles et dangereuses pour les opérateurs. Dans les usines, ces robots sont la plupart du temps positionnés dans des zones dédiées où les opérateurs ne peuvent pas se rendre lorsqu’ils sont en fonctionnement. Cette règle permet d’assurer la sécurité des ouvriers, mais rend également peu flexible l’organisation d’une chaîne de montage. Il existe de plus des tâches qui requièrent des compétences hybrides entre celles d’un robot (répétitivité, force, précision) et celles d’un opérateur (intelligence, adaptabilité). L’utilisation de robots collaboratifs est donc une solution de plus en plus étudiée par les industriels. Ces robots évoluent dans un espace commun avec l’opérateur, ils peuvent travailler sur une même tâche, en collaboration, ou sur deux tâches distinctes mais en coprésence (Figure 1). Ils illustrent l’usine du futur, plus performante, plus efficace et productive. Cette coopération rapprochée soulève des problématiques relatives à l’interaction et à la communication homme-robot, mais aussi aux risques encourus par les humains

Figure 1. Coprésence homme/robot et reproduction des tâches de serrage

II - DESCRIPTION DU PROJET :

1. Contexte:

Le projet CIAO (Collaborative Instrumentation for Assembly Optimization) est un projet qui s’inscrit dans un contexte d’optimisation des procédés industriels. 
Son objectif est de mettre en place un robot collaboratif sur le programme A350 pour un poste de montage de planchers, afin qu’il réalise les opérations de serrage des vis sur l’ensemble du tronçon central.

Figure 2. Apperçu du tronçon central d'un avion AIRBUS de type A350.

Pour cela, il est nécessaire de simuler par le biais de la simulation en 3D temps réel, différentes opérations tels que l’assemblage des planchers, le serrage, le déplacement de la plate-forme et les trajectoires du bras du robot et donc d’optimisation. Le tout dans un environnement virtuel où humains et robots coexistent.
L’intérêt de ce projet est de pouvoir apporter une réponse aux problématiques de qualité, de traçabilité des opérations, de gain de temps, d’ergonomie et de prévention des TMS et de réduire la pénibilité du travail.

2. Cobot Airbus:

La plate-forme PMA01 est un robot collaboratif dit holonome, car il peut adopter toutes les positions dans un même espace plan (x y theta). Elle est capable d’effectuer à la fois des déplacements par translation et des rotations sur elle-même. Elle est également équipée d’un bras robotisé UR10 (développé par Universal Robots), sur lequel est implémenté une tête de vissage pneumo-électrique et un système de vision par caméra qui est capable de détecter et repositionner le bras pour la bonne exécution de l’opération de serrage des vis. 

Figure 3. plate-forme PMA01 conçu par AIRBUS

3. Objectifs :

Les objectifs fixés par le projet CIAO sont les suivants :

1.    Contribuer à l’automatisation de l’acquisition et de l’enrichissement des données pour la simulation.

2.    Simuler en 3D des trajectoires de robot en fonction des opérations à réaliser et des contraintes liées à son environnement (Off-Line programming). L’optimisation de ces trajectoires pourrait se faire par les techniques telles que « Path Traveling Salesman Problem – TSP » ou encore « Monte Carlo Localization for Mobile Robots ».

3.    Simuler en réalité virtuelle les trajectoires du robot afin d’adapter celles-ci localement, lorsque la prise en compte d’une opération manuelle à proximité est nécessaire.

4.    Simuler en réalité virtuelle la perception des capteurs et le comportement des contrôleurs, de manière à pouvoir définir les réactions telles qu’attendues, suivant différents types d’aléas. Les différentes méthodes de prédictions (machine-learning et deep-learning) permettraient l’automatisation de ces comportements, et en particulier pour ceux non identifiés.

5.    Générer le programme robot issu de la simulation qui devra être interprété par le middleware, en vue de transformer la mission en consigne machine (PIK vers ROS).

6.    Fournir des spécifications pour les fonctions d’acquisition, d’enrichissement, de simulation et d’exécution.
 

III - PROTOTYPE :

1. Stratégies et fonctionnalités :

La stratégie employée pour la mise en place d'un premier prototype est la suivante : 

L’application cherche tout d’abord les barycentres de chaque plancher et instancie un position cible à la position trouvée. Ensuite, en fonction de la taille du plancher, instancie d’autres cibles à une distance correspondante à la largeur maximum de couverture de l’effecteur du robot. Le but étant de couvrir la totalité d’un panneau. 
Lorsqu’une cible est sélectionnée (la plus proche du robot dans cette première version), la plate-forme mobile se déplace jusqu’à obtenir le centre de la zone de travail en concordance avec le centre d’une des cibles. Lorsque la zone de travail entre en interaction avec un trou de vis, le programme enregistre l’accessibilité du trou et indique au robot que ce dernier peut effectuer son opération de serrage sur le trou détecté. Cette opération est répétée pour chacun des trous (picots en vert fig.43 bis) situés dans la zone. Cela permet d’identifier l’ensemble des trous couverts par le robot vis-à-vis de sa position actuelle. Il peut alors lancer sa séquence de serrage calculée en fonction du nombre de trous détectés.

Figure 5. Identification des états de chaque plancher par un code couleur

2. Interface finale de l'application Unity :

Figure 6. Ensemble des fonctionnalités du prototype accessible depuis l'interface (Monitoring).