5 stratégies éprouvées pour prévenir les collisions de robots (et un plan de secours)

Comment empêcher votre robot de heurter des objets dans son espace de travail ? Voici comment éviter les collisions sans vous compliquer la vie.

Une question récente sur le forum RoboDK a mis en lumière un problème courant avec les robots. L'utilisateur Micronexx demandait comment éviter les collisions. Il s'interrogeait sur la génération automatique de trajectoires sans collision par RoboDK, ou si des ajustements manuels étaient nécessaires.

Ce problème est plus complexe qu'il n'y paraît. RoboDK inclut certainement des fonctionnalités aidant à éviter les collisions, y compris un routage automatique. Cependant, l'« évitement de collision » en robotique est un sujet profond et complexe. Des projets de recherche entiers y sont consacrés. Des algorithmes d'intelligence artificielle avancés ont même été développés à cet effet.

La bonne nouvelle, c'est que pour la plupart d'entre nous, les choses n'ont pas à être si compliquées. Il existe des moyens plus simples d'empêcher votre robot de heurter des objets.

5 façons simples d'éviter les collisions de robots

Il est généralement préférable de commencer par le simple.

C'est une bonne règle de base pour résoudre tout problème dans votre programmation robotique. Même si les robots sont capables de fonctionnalités avancées, les solutions d'ingénierie simples sont souvent les meilleures.

Voici 5 façons simples d'empêcher votre robot de heurter des objets.

1. Planifiez correctement votre espace de travail dès le départ

Les collisions surviennent le plus souvent lorsque l'espace de travail n'a pas été bien planifié. Vous devriez commencer toute intégration robotique en planifiant l'espace, par exemple en le dessinant sur papier.

Planifiez les zones dans lesquelles le robot se déplacera et celles qui seront hors de sa portée. Essayez de « jouer » la séquence de mouvements du robot avec votre propre bras avant de les programmer — c'est une méthode très efficace pour réduire les problèmes potentiels avant qu'ils ne surviennent, et c'est très rapide à faire.

2. Éliminez physiquement les obstructions potentielles

La meilleure façon d'éviter les collisions est de s'assurer qu'il n'y a rien avec quoi le robot puisse entrer en collision. Cela signifie retirer tout ce qui pourrait obstruer le chemin du robot de l'espace de travail.

Assurez-vous qu'il y a un chemin dégagé entre les différentes zones de l'espace de travail. Si le robot doit prendre des objets à un endroit et les assembler à un autre, retirez tout ce qui se trouve entre ces deux emplacements.

Cela peut sembler évident, mais il est facile de l'oublier lors de la programmation hors ligne. Par exemple, vous pourriez voir un pilier dans l'espace de travail du robot et vous dire « Ce n'est pas grave, je l'éviterai dans le programme. » Mais ensuite, comme vous programmez dans un environnement simulé où le pilier n'existe pas, vous l'oubliez et programmez le robot pour qu'il traverse le pilier.

3. Faites correspondre le monde réel à la simulation

Le monde réel et la simulation dans RoboDK doivent être aussi proches que possible. Vous pouvez y parvenir de deux façons :

1. Créer un modèle précis de l'espace de travail physique dans la simulation — Cela implique de mesurer l'emplacement exact de chaque objet et de le modéliser dans le logiciel. Cela peut être extrêmement chronophage et plus vous comptez sur la précision de la simulation, moins il y a de marge d'erreur.
2. Retirer du monde réel les objets qui ne sont pas dans la simulation — Cela implique de simplifier l'espace de travail réel en supprimant les objets.

En pratique, la meilleure option est une combinaison des deux. Vous retirez tous les objets inutiles de l'espace de travail physique et ajoutez tous les objets nécessaires dans la simulation.

4. Ajustez manuellement les cibles de programmation

Avant d'utiliser des algorithmes complexes d'évitement de collision, essayez d'ajuster vous-même les mouvements du robot. Pour la plupart des applications, déplacer manuellement les cibles dans RoboDK est une solution rapide, efficace et robuste.

Par exemple, si le robot entre en collision avec un objet lors d'un mouvement en articulation, ajoutez simplement quelques points de passage supplémentaires pour contourner l'objet. Ou — encore mieux — demandez-vous si l'objet a vraiment besoin d'être dans l'espace de travail.

Une pratique qui peut réduire significativement les collisions consiste à décider si chaque mouvement est un mouvement de « déplacement » ou un mouvement « opérationnel ». Effectuez les mouvements de déplacement uniquement dans l'espace libre sans obstruction. Arrêtez-vous ensuite à une petite distance de l'opération (la « distance d'approche ») et avancez soigneusement vers la tâche avant d'effectuer le mouvement opérationnel.

5. Utilisez la nouvelle fonctionnalité de l'assistant d'usinage

L'usinage robotisé est une tâche où vous aurez probablement besoin d'une planification de trajectoire automatisée. RoboDK facilite la génération de trajectoires d'usinage grâce à son assistant d'usinage intégré.

La plupart du temps, vous n'aurez aucune collision si vous avez suivi les conseils ci-dessus. Cependant, il existe une option pour éviter automatiquement les collisions pendant l'opération d'usinage, que nous avons ajoutée dans la dernière version de RoboDK. Lisez la réponse d'Albert sur le forum qui explique comment utiliser cette nouvelle fonctionnalité.

Cette fonctionnalité évite les collisions en faisant pivoter automatiquement le robot autour de l'axe Z de l'outil. Par conséquent, elle n'évitera pas toutes les collisions, mais elle améliore la robustesse de l'assistant d'usinage.

Dernier recours : utilisez un planificateur de mouvement avancé

Si vous avez suivi toutes les étapes ci-dessus et que vous avez décidé que vous aviez toujours besoin d'un évitement de collision autonome, il est temps de sortir les « gros calibres ». Cela signifie utiliser des algorithmes de planification de mouvement tiers pour générer la trajectoire de votre robot.

Il existe des tonnes de planificateurs de trajectoire qui détectent et évitent automatiquement les collisions. Cependant, la plupart sont des programmes de recherche à un stade très précoce et, par conséquent, ne sont pas très fiables. De plus, la plupart sont conçus pour des robots mobiles qui ne se déplacent qu'en 2 dimensions.

Il existe cependant quelques planificateurs de trajectoire décents qui fonctionnent pour les manipulateurs robotiques industriels. Attention, pour les utiliser, vous devrez faire de la programmation sérieuse.

1. MoveIt! — MoveIt! est l'un des planificateurs de mouvement graphiques les plus développés pour la manipulation robotique. Il utilise le framework OMPL et fournit une interface graphique relativement facile. Il est intégré à ROS. Si vous connaissez déjà ROS, cela pourrait être une bonne option. Sinon, la courbe d'apprentissage peut être raide.
2. Open Motion Planning Library (OMPL) — Il est possible d'utiliser OMPL seul, sans MoveIt! Il fournit des bibliothèques en C++ et possède également des liaisons Python. Il y a une documentation raisonnable, mais cela impliquera tout de même une courbe d'apprentissage car la bibliothèque a beaucoup de fonctionnalités.
3. Bubbles — C'est une petite bibliothèque que le PDG de RoboDK, Albert Nubiola, recommande. C'est un planificateur de mouvement autonome pour manipulateurs qui utilise l'algorithme de carte de route probabiliste (PRM). Il est écrit en C++ et a très peu de documentation. Mais si vous êtes un as de la programmation et que vous êtes prêt à relever le défi, il pourrait fournir une solution beaucoup moins lourde que MoveIt.

En général, il est préférable d'éviter les collisions en utilisant l'une des méthodes plus simples. Mais si vous devez utiliser les algorithmes avancés, l'évitement de collision est un sujet fascinant.

Quelles collisions ont causé des problèmes pour vos applications robotiques ? Dites-le-nous dans les commentaires ci-dessous ou rejoignez la discussion sur LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram ou sur le forum RoboDK.