Définition d’une stratégie de téléopération robotisée multi-échelles pour la manipulation de régolite lunaire

Des échantillons de régolite lunaire ou martien sont et/ou vont être ramenés sur Terre suite à différentes missions lancées par l’ESA ces dernières années. Ce matériau inestimable ne doit pas polluer l'atmosphère terrestre et doit être manipulé dans un espace confiné. Un robot téléopéré est, à l'heure actuelle, testé pour manipuler des grains de régolite (avec une taille de 3mm au plus) afin de réaliser des analyses.

Toutefois, la manipulation du robot demande un certain apprentissage/une certaine maitrise de la part de l'opérateur, car celui-ci doit rapprocher le robot de l’échantillon avec des mouvements relativement grands puis attraper des grains avec des petits mouvements minutieux. La stratégie actuelle ne permet pas de garantir la sûreté de la manipulation, la transparence et l’interchangeabilité de l’opérateur.

L’enjeu du travail de thèse est de développer une méthode de mise en œuvre d’un robot téléopéré permettant une manipulation intuitive du régolite à l’aide d’un robot téléopéré [1]. L’objectif est que l’opérateur puisse être une personne n’ayant qu’une formation simple et rapide sur la mise en œuvre du robot. L’innovation des activités de recherche à conduire repose sur la proposition d’une méthode de mise en mouvement du robot avec un aspect multi-échelle (micro et macro) de la manipulation. En effet, les stratégies classiques permettent en général de faire le lien entre le déplacement d’un joystick/interface haptique manipulé par l’opérateur et la vitesse de déplacement du robot [1]. On parle de commande en impédance ou en admittance. Ce type de commande permet une implémentation assez aisée mais manque de précision dans la position de l’effecteur du robot, son réglage peut être fastidieux et le comportement généré n’est pas intuitif pour un opérateur non formé [2]. 

Dans le cadre de la co-manipulation de robots collaboratifs, nous avons montré la pertinence d'une stratégie de génération de trajectoire basée sur la notion de solide virtuel et sur le Principe Fondamental de la Dynamique pour obtenir une co-manipulation d'un robot transparente, adaptable et intuitive [2]. A travers ces travaux de thèse, nous souhaiterions appliquer cette stratégie à la télé opération multi-échelle. Une stratégie de réglage des paramètres de la mise en mouvement du solide devra être mise en place pour s’adapter à l’opérateur et au changement d’échelle de manipulation du robot en fonction de sa position vis-à-vis du régolite. En parallèle, un travail de formalisation des flux de commande et d’information nécessaires pour mettre en place un retour sensoriel adapté à la tâche devra être conduit.

Plan de travail

• Etat de l’art sur les stratégies robotisées de téléopération
• Formalisation des enjeux liés à la manipulation multiéchelle de régolite
• Choix de l’instrumentation de la cellule robotisée
• Définition d’une méthode de téléopération transparente basée sur la notion de solide virtuel et permettant une manipulation multiéchelle sûre
• Définition de la stratégie de transition entre les échelles à l’aide de lois de commande avancées

Bibliographie

[1]           B. Siciliano et O. Khatib, Handbook of Robotics. Springer, 2008.

[2]           M. Bamaarouf, F. Paccot, L. Sarry, et H. Chanal, « Development of a Robotic Ultrasound System to Assist Ultrasound Examination of Pregnant Women », IEEE Trans. Med. Robot. Bionics, vol. 6, n^o 3, p. 796‑805, août 2024, doi: 10.1109/TMRB.2024.3387047.

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