ICARO Industrial Cooperative Assistant Robotics

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1 ICARO Industrial Cooperative Assistant Robotics Dr. Adolfo SUAREZ ROOS Ingénieur de Recherche Airbus Group Coordinateur du Projet ICARO PROJET : ANR-10-CORD-0025 Mars 2011 Décembre

2 Partenaires LAAS-CNRS Interaction Robot-Hommes LIRMM Interaction Robot-Objets CNAM - CRTD Ergonomie Impact Social TECNALIA France Intégration - Dissémination Robots Assistants pour l'industrie Siemens / KINEO CAM Planification Trajectoires Airbus Group Application Aéronautique PSA Application Automobile Recherche PME Industrie 2

3 Présentation Projet Objectifs Développer le travail collaboratif (homme/robot) en industrie Contraintes industrielles Supprimer les zones sécurisées autour des robots en respectant les normes Repartir le travail en fonction des capacités et limitations (homme/robot) Solution fiable, flexible, productive et valorisante Contraintes humaines Donner au robot une meilleure perception (environnement et gestes) Améliorer la compréhension mutuelle homme/robot Replanifier dynamiquement des trajectoires plaisantes + Démonstration sur des scenarii industriels réalistes + Présence d une équipe spécialisée dans l ergonomie + Intégration des solutions autour d un middleware ouvert Exploitation 3

4 4 Organisation du projet

5 Choix des Cas d Application Tous PSA : Montage Joint RZEPPA Usine de Caen EADS : Rivetage d Eclisses Usine de Saint Nazaire 5

6 Analyse Fonctionnelle PSA + Airbus Group Exécution d une gamme de fabrication avec variations Perception de l environnement Localisation et préhension des objets Planification réactive des mouvements Surveillance de la sécurité opérateur Postures et mouvements amicaux Détection et suivi de l homme. Anticipation Compréhension mutuelle Homme/Robot Commande en effort/vision Interaction physique 6

7 Montage Joint RZEPPA Présentation des pièces Assemblage de 9 pièces (1,7kg) Fusée(1250g) Cage (110g) Fusée(220g) 6 billes (20g chaque) Trajectoires d assemblage complexes Ajustements serrés Défauts potentiels a inspecter Noix Cage Billes Fusée 7 OK NOK

8 Montage Joint RZEPPA Présentation du poste actuel Contexte de montée en cadence 8 types de joints 6 postes 17 opérateurs joints/semaine (2/min) 8

9 Montage Joint RZEPPA Démonstrateur Final Tâches lourdes faites par le robot Manipulation des pièces lourdes Approvisionnement Fusée (1,25kg) Reorientation Evacuation (1,7 kg) Rotation/Ouverture pour insertion des billes Tâches complexes faites par l humain Assemblage cage et noix Inspection Assistance à l insertion fusée dans outil Insertion billes 9

10 Conception du nouveau poste PSA + CNAM-CRTD Motivation Ergonomie du système humains-robot organisation du travail conception participative du système acceptabilité technique et sociale Solution Répartition des futures tâches homme-robot Organisation spatiale de la future situation de travail Raffinement de l'organisation spatiale avec des opérateurs 10

11 Repartition des tâches CNAM/PSA + Tous Motivation Robot Tâches Lourdes, Répétitives Non ergonomiques Opérateur Tâches complexes, dextres besoin d adaptabilté, intelligence 11 Solution Cadre conceptuel : agir pour développer la confiance dans le système et l appropriation Description à jour de la situation terrain de travail appréhender la configuration réelle du poste Simulations de la future situation de travail Se projeter dans la future situation, identifier les écueils, identifier les besoins de développement des opérateurs, de la technologie

12 Architecture Logicielle Tecnalia + tous Reactive Planning KINEO-Siemens Planning Application ALL 12 CAO RGBD RGBD Environment Server OctoMap Self Sup. Point Cloud Operator Multi RGBD Monitoring Perception LAAS Posture detection Intention Camera Intention recognition recognition LIRMM Collision Manager 3D Collision Detection Physical Collision Detection RSI AIRBUS Trajectory Filter Arm Kinematics OMPL Planning Planning Validity Soft Motion Move Arm LAAS Manager OROCOS Reflexxes Trajectory Executor FRI Robot Hardware Interface Collaborative Collaborative Manager Manager LIRMM Multimodal Control Vision/Posit ion/force Control HMI State Machine Task Library Locate and Grip Part Move to Quality Check Move to Docking Move to Insertion Point Top Decision/Actions Skills Core Bricks

13 Prise et orientation de la fusée Airbus Group Motivation Le robot est sensible aux efforts pour la sécurité. Utiliser cette capacité pour le procès A la prise la fusée à une Orientation aléatoire mais après le robot doit tourner la fusée autour des axes principaux (Orientation precise) Solution : empreinte Utilise la sensibilité du robot Simple, peu couteuse, pas de vision Perte en temps de cycle 13

14 Planification réactive Siemens/Kineo + Tecnalia Motivation Le robot observe l operateur pour la sécurité. Utiliser cette capacité pour rendre la solution plus flexible. Solution Les grands mouvements du robot sont planifiés et non pas programmés. Si l opérateur est dans la trajectoire Le robot s arrêt pour éviter la collision Le système anticipe des chemins alternatifs et modifie le mouvement sans arrêt 14

15 SoftMotion LAAS-CNRS Motivation Le planificateur produit des chemins. Le robot doit exécuter des trajectoires et de préférence fluides et faciles à anticiper par l homme. Solution Les trajectoires SoftMotion sont des suites de fonctions polynomiales cubiques Temps minimum entre deux situations définies par x, x, x. Jerk continu. Vitesse, accélération et jerk maitrisés Maitrise erreur/chemin initial Possibilité de modifier à tout instant 15 Si l opérateur est dans la trajectoire

16 Interaction avec des Gestes LAAS-CNRS Motivation Le robot doit observer l opérateur pour la sécurité Utiliser cette capacité aussi pour l interaction Interaction plus intuitive sans perdre en robustesse Validation Rebut Solution Reconnaissance de gestes en plus des boutons 16

17 Interaction avec l environnement LIRMM Motivation Le robot dispose de capteurs de force pour la sécurité Utiliser cette capacité aussi pour l interaction Solution Boucle de commande adaptable position/force/impedance selon le contexte Arrêt sur efforts Mouvement arrière pour diminuer les contraintes 17

18 18 Analyse et reduction des Risques PSA + Airbus Group Motivation Amélioration de la sécurité Respet des normes existantes Solution Identification des risques et évaluation de leur niveau 84 dangers identifiés et 60 traités Cotation du niveau de risque Fréquence d exposition (fréquent, rare) Probabilité d occurrence (élevée, faible) Possibilité d évitement (possible, impossible) Niveaux de gravité (négligeable mortel) Diminution du risque et nouvelle cotation Extrait cas Airbus Group

19 Classification des Tâches de Collaboration co-action co-localisation distribution A1 A2 B1 B2 co-opération synchrone asynchrone C1 C2 C1 C3 C1 C3 C2 C3 C2 C4 C2 C4 (Grosse, Barcellini; Barthe & Quéinnec; Falzon) 19

20 Balance Chemical Brothers - Believe Productivité - Coûts - Flexibilité - Temps de cycle Ergonomie - Conditions de Travail - Acceptabilité - Effort Physique - Effort Mental - Stress My workmate is a robot. New standards, new robots, new issues. IROS 2012 Youtube China Press Normes - Sécurité - Environnement - Qualité -

21 Merci Questions 21