Etude et développement de tâches de manipulation mobile dans le contexte de l'industrie 4.0

Study and development of mobile manipulation tasks in the context of Industry 4.0

• Auteur / Autrice : Wafae Sebbata
• Direction : Jean-François Brethé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, signal, productique, robotique
• Date : Soutenance le 29/10/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (Le Havre, Seine-Maritime ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Blazevic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Viviane Cadenat, Sophie Gaultier-Gaillard, Luc Rolland, M'hamed Sahnoun
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Bonnin, Jean-Pierre Gazeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots -- Systèmes de commande

Robots industriels

Robots mobiles

Mots clés libres

Manipulation mobile

Pick-and-place

Asservissement visuel

Performances du manipulateur mobile

Mobile manipulator

Visual servoing

Mobile manipulator performances (repetability, precision ..)

Résumé

Dans le cadre de l’industrie 4.0, la robotisation des opérations dans les entrepôts logistiques et les ateliers de fabrication, telle que la saisie/dépose de pièces, le stockage de produits, le transport des objets etc., est devenue indispensable. En particulier l’introduction et la généralisation de manipulateurs mobiles constitue un enjeu stratégique. Les travaux menés durant cette thèse visent à robotiser le processus d’alimentation en pièces mécaniques d’une machine de test ou d’un centre d’usinage en utilisant un manipulateur mobile. Ce dernier est obtenu par l’association d’un bras manipulateur et d’une plate-forme mobile, le tout instrumenté de différents capteurs (lidars, caméras RGB-D et PTZ, capteurs d’efforts 6 axes…). Les travaux s’inscrivent dans le projet Interreg COROT dont un des objectifs est de développer un prototype de manipulateur mobile fonctionnnel pour les PME (Petites et Moyennes entreprises). La saisie de pièces mécaniques, la navigation du robot mobile dans l’environnement de l’atelier, la saisie/dépose de pièces dans la machine-outil sont étudiés et mis en œuvre, d’une part en utilisant des ressources open-source et le middleware ROS, d’autre part en adaptant au contexte des techniques d’apprentissage profond pour la saisie adaptative de pièces. En dernier lieu, un cadre de qualification générique de la précision d’un manipulateur mobile est formulé, puis mis en oeuvre sur un cas d’étude ; la métholodologie proposée permet de choisir le mode de commande pertinent (boucle ouverte ou commande orientée capteur) permettant de placer un objet dans un environnement contraint spatialement.

In the Industrie 4.0 context, the robotisation of operations in logistics warehouses and manufacturing plants, such as picki-and-place of parts, storage of products, transport of objects etc., has become indispensable. In particular, the introduction and generalisation of mobile manipulators is a strategic issue. The work carried out during this thesis aims at robotising the process of feeding mechanical parts to a test machine or a machining centre by using a mobile manipulator. The latter is obtained by combining a manipulator arm and a mobile platform, all instrumented with various sensors (lidars, RGB-D and PTZ cameras, 6-axis force sensors, etc.). The work is part of the Interreg COROT project, one of the objectives of which is to develop a functional mobile manipulator prototype for SMEs (Small and Medium-sized Enterprises). The grasping of mechanical parts, the navigation of the mobile robot in the workshop environment, and the pick/place of parts in the machine tool are studied and implemented, on the one hand using open-source resources and the ROS middleware, and on the other hand adapting deep learning techniques to the context for adaptative grasping. Finally, a generic qualification framework for the accuracy of a mobile manipulator is formulated, then implemented on a case study; the proposed methodology allows to choose the relevant control mode (open loop or sensor-oriented control) allowing to place an object in a spatially constrained environment.