Sélection de prise et contrôle d'une main robotique pour la manipulation d'objets non rigides

Abstract

La manipulation intelligente des objets non-rigides - cordes, tissus, éponges, caoutchoucs, organes et autres matériaux dont la forme change durant la manipulation - par un système robotique est un critère important pour l'automatisation de plusieurs tâches délicates allant de l'assemblage industriel à la chirurgie, en passant par l'industrie alimentaire et les travaux domestiques. Bien que la manipulation d'objets linéaires (cordes) et plans (tissus) ait beaucoup progressé au cours des dernières années, la manipulation dextre d'objets tridimensionnels reste un sujet relativement peu exploré. En particulier, la sélection d'une prise optimale et le contrôle de la forme d'un objet sont des habiletés importantes, mais qui demandent généralement une connaissance complète des propriétés de l'objet ainsi qu'une puissance de calcul significative.

L'objectif principal de cette thèse est le développement d'un système de planification et de contrôle pour déformer de façon contrôlée le contour d'un objet tridimensionnel dont les caractéristiques sont initialement inconnues, permettant par exemple de l'insérer dans un cadre rigide d'une forme prédéfinie. Ainsi, la tâche centrale est le développement d'une stratégie pour la sélection des points de contact entre les doigts de la main et l'objet à manipuler. D'abord, l'application du principe de diminution de la rigidité permet d'effectuer une présélection des points de contact qui optimiseront la déformation de l'objet. Ensuite, les prises potentielles sont générées de manière à assurer la stabilité de la manipulation ainsi que le respect des contraintes imposées par le manipulateur robotique. Une fois que la prise qui équilibre au mieux ces différents critères est sélectionnée, le contrôle de la forme est effectué tout en maintenant le suivi en temps réel du contour de l'objet pendant la manipulation. Ceci vise à permettre d'ajuster dynamiquement le modèle de déformation ainsi que les forces appliquées, de manière à caractériser la rigidité de l'objet et à optimiser sa déformation.

L'algorithme de sélection de prise développé représente la contribution principale de cette thèse, combinant l'effcacité d'un algorithme heuristique à l'exhaustivité d'un planificateur par échantillonnage pour rapidement identifier les prises qui faciliteront la tâche de déformation en respectant les contraintes de la main robotique et les critères de stabilité. Les contributions secondaires incluent des améliorations au suivi de contour par fast level-set en coordonnées log-polaires et l'adaptation du contrôle par diminution de la rigidité à la manipulation du contour d'un objet tridimensionnel avec l'ajustement automatique du paramètre de rigidité.