Généralités sur la robotique mobile

La robotique est un ensemble de disciplines (mécanique, électronique, automatique, informatique), elle se subdivise en deux types : les robots industriels et les robots mobiles. Les robots industriels sont généralement fixes, ils sont utilisés dans des nombreuses applications industrielles: l’assemblage mécanique, la soudure, la peinture… Les robots mobiles ne sont pas fixes, ils sont classifies selon la locomotion en robots marcheurs, à roues, à chenilles… comme ils peuvent être classifié selon le domaine d’application en robots militaires, de laboratoire, industriels et de services.

Les robots mobiles sont largement utilisés dans les environnements industriels, le plus souvent pour des tâches répétitives en suivant un chemin bien défini matérialisé parfois par des lignes sur le sol ou par l’utilisation d’amers artificiels. Cependant actuellement il y’a une forte tendance à élargir les milieux où évoluent les robots à des environnements domestiques. Les types d’applications possibles sont innombrables. Cela peut aller des tâches de nettoyage et d’entretien, à une assistance à une personne handicapée dans des tâches d’exploration et de préhension. On parle alors, de façon générale, de robotique d’intérieur.

Le concept de robot mobile autonome est apparu vers la fin des années soixante, de deux sources totalement différentes : tout d’abord des recherches menées au Stanford Research Institute sur les possibilités d’équiper des machines de capacités de déduction et de réaction logique à des événements extérieurs. On a ainsi construit Shakey, machine à roues reliée à un ordinateur et équipée d’une caméra lui permettant d’acquérir des images de son environnement. Elle évolue dans un univers de cubes et de pyramides de tailles et de couleurs différentes. Shakey a pour mission de prendre un objet et de le porter ailleurs, quelque soit sa position ; chaque mission dure près de cinquante minutes.

D’autre part, l’industrie nucléaire a besoin de machines permettant d’agir à distance dans des environnements encombrés et inaccessibles à l’homme. L’entreprise américaine Général Electric développe alors un quadrupède pour essayer de résoudre ce problème, tandis que les projets Luna et Mars Rover s’échafaudent dans le but d’explorer des planètes sans que l’homme ne prenne part au voyage.

Pendant plusieurs années, laboratoires, industriels, informaticiens et mécaniciens vont continuer leurs travaux en parallèle. On accède ainsi côté industriel à la télé-opération et à une partie de la robotique classique, tandis que du côté informatique, on assiste à de grands progrès dans le domaine de l’intelligence artificielle. Ainsi, vers la fin des années soixante-dix, trois pôles géographiques principaux se distinguent (France, Japon, Etats-Unis). La synthèse de tous les travaux réalisés jusqu’alors donne enfin naissance aux robots mobiles autonomes (du robot domestique au robot militaire).

L’industrie de production, les sociétés d’exploitation minière, les expéditions de recherche sousmarine… Les domaines d’utilisation de robots autonomes sont très variés, allant de la production en chaîne dans une usine de voitures à l’exploration d’autres planètes, comme c’est le cas avec Mars Pathfinder, robot mobile autonome d’exploration de la planète Mars.

C’est dans cet environnement de plus en plus automatisé que se fait sentir le besoin d’outils capables, non seulement d’effectuer des tâches répétitives ou encore impossibles à l’homme (porter des charges lourdes, découpage ultra précis, …), mais aussi de manifester une certaine autonomie de déplacement dans des milieux hostiles à l’homme. On en voit désormais les applications sur des chantiers tels que le désamiantage d’immeubles, la décontamination radioactive, les expériences en milieu dangereux… Aussi a-t-on besoin de robots mobiles autonomes capables de se déplacer d’un point à un autre sur une simple demande de l’utilisateur, qui n’a ainsi plus besoin d’être un expert en pilotage. Le meilleur exemple de planification complexe de la trajectoire est fourni par les drones, ces robots volants destinés aussi bien à l’espionnage militaire qu’aux études botaniques nécessitant des prises de vues aériennes.

Robot a été utilisé pour la première fois en 1921 par Karel Capek dans sa pièce R.U.R. (Rossums Universal Robots). Le mot robot vient du tchèque « robota » qui signifie corvée, travail obligatoire Le terme robotique a été utilisé pour la première fois par Asimov en 1941

Définition d’un robot

Le Petit Larousse définit un robot comme étant un appareil automatique capable de manipuler des objets, ou d’exécuter des opérations selon un programme fixe ou modifiable. En fait, l’image que chacun se fait d’un robot est généralement vague, souvent un robot est défini comme un manipulateur automatique à cycles programmables.

Pour « mériter » le nom de robot, un système doit posséder une certaine flexibilité, caractérisée par les propriétés suivantes :

– La versatilité : Un robot doit avoir la capacité de pouvoir exécuter une variété de tâches, ou la même tâche de différente manière ;
-L’auto-adaptativité : Un robot doit pouvoir s’adapter à un environnement changeant au cours de l’exécution de ses tâches.

L’Association Française de Normalisation (A.F.N.O.R.) définit un robot comme étant un système mécanique de type manipulateur commandé en position, reprogrammable, polyvalent (i.e., à usages multiples), à plusieurs degrés de liberté, capable de manipuler des matériaux, des pièces, des outils et des dispositifs spécialisés, au cours de mouvements variables et programmés pour l’exécution d’une variété de tâches. Il a souvent l’apparence d’un, ou plusieurs, bras se terminant par un poignet. Son unité de commande utilise, notamment, un dispositif de mémoire et éventuellement de perception et d’adaptation à l’environnement et aux circonstances. Ces machines polyvalentes sont généralement étudiées pour effectuer la même fonction de façon cyclique et peuvent être adaptées à d’autres fonctions sans modification permanente du matériel.

PRESENTATION GENERALE DES ROBOTS MOBILES :

Contrairement au robot industriel qui est généralement fixé, le robot mobile est doté de moyens qui lui permettent de se déplacer dans son espace de travail. Suivant son degré d’autonomie ou degré d’intelligence, il peut être dote de moyens de perception et de raisonnement. Certains sont capables, sous contrôle humain réduit, de modéliser leur espace de travail et de planifier un chemin dans un environnement qu’ils ne connaissent pas forcément d’avance.

Actuellement, les robots mobiles les plus sophistiqués sont essentiellement orientés vers des applications dans des environnements variables ou incertains, souvent peuplés d’obstacles, nécessitant une adaptabilité à la tâche.

Les robots mobiles ont une place particulière en robotique. Leur intérêt réside dans leur mobilité qui ouvre des applications dans de nombreux domaines. Comme les robots manipulateurs, ils sont destinés à assister l’homme dans les tâches pénibles (transport de charges lourdes), monotones ou en ambiance hostile (nucléaire, marine, spatiale, lutte contre l’incendie, surveillance…).

L’aspect particulier de la mobilité impose une complexité technologique et méthodologique qui s’ajoute en général aux problèmes rencontrés par les robots manipulateurs. La résolution de ces problèmes passe par l’emploi de toutes les ressources disponibles tant au niveau technologique (capteurs, motricité, énergie) qu’à celui du traitement des informations par l’utilisation des techniques de l’intelligence artificielle ou de processeurs particuliers (vectoriel, cellulaires). L’autonomie du robot mobile est une faculté qui lui permet de s’adapter ou de prendre une décision dans le but de réaliser une tâche malgré un manque d’informations préliminaires ou éventuellement erronées. Dans d’autres cas d’utilisation, comme celui des véhicules d’exploration de planètes, l’autonomie est un point fondamental puisque la télécommande est alors impossible par le fait de la durée du temps de transmission des informations.