L'exosquelette et le bras robotisé réduisent jusqu'à 65 % les efforts de levage en usine.
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De plus en plus de robots assistent les ouvriers dans les usines. Cependant, la collaboration homme-robot est encore loin d'être optimale. Des chercheurs de l'équipe du professeur Lorenzo Masia à l'Université technique de Munich (TUM) ont mis au point une solution permettant à un ouvrier équipé d'un exosquelette de travailler en étroite collaboration et, surtout, en toute sécurité, avec un bras robotisé. Cette innovation réduit la pénibilité du travail et améliore les processus de production.
Lorsque des robots et des humains travaillent ensemble en usine, ils sont généralement maintenus bien séparés, notamment pour des raisons de sécurité. Le robot prend en charge une tâche, la termine et la transmet aux ouvriers, qui prennent le relais pour l'étape suivante. « Cela peut être physiquement éprouvant, par exemple lors des contrôles qualité de composants qui doivent être soulevés et reposés à plusieurs reprises », explique Federico Masiero, chercheur à la chaire des systèmes bio-robotiques intelligents de l'École d'informatique, d'information et de technologie de l'Université technique de Munich (TUM).
Développé à l'Institut de robotique et d'intelligence artificielle de Munich (TUM MIRMI), sous la direction du professeur Lorenzo Masia, le WearaCob (abréviation de « wearable » et « collaborative ») est conçu pour faciliter le levage et le transport de charges par les personnes grâce à un exosquelette du haut du corps, permettant l'assistance d'un robot collaboratif à un seul bras, ou « cobot ». Le projet est décrit dans IEEE Robotics and Automation Letters .
Exosquelette : Réduit l'effort des bras jusqu'aux deux tiers
L'exosquelette se porte comme un sac à dos, avec un moteur électrique fixé dans le dos. De chaque côté, de fins câbles haute résistance partent du dos, passent au-dessus des épaules et rejoignent l'avant, où ils sont fixés à des supports semblables à des coudières. Lorsque le moteur tire sur les câbles, ceux-ci prennent en charge une partie du travail normalement effectué par le biceps du bras. Un robot à un seul bras assiste la personne portant l'exosquelette.
Lorsqu'il saisit un objet et le lui tend, il le pèse et transmet son poids sans fil à l'exosquelette. Les câbles, qui par défaut compensent précisément le poids des bras de l'utilisateur, fournissent alors une assistance supplémentaire proportionnelle au poids de l'objet.
Des études récentes montrent que cette configuration peut réduire l'effort musculaire jusqu'à 65 %. « Pour gérer également les composants asymétriques, le robot détermine aussi leur centre de gravité », explique Masiero. « L'avantage est qu'un bras peut recevoir plus de soutien que l'autre, ce qui permet d'équilibrer des charges inégales. »
L'exosquelette d'épaule fonctionne également bien de manière autonome, mais selon une approche légèrement différente : la méthode de recherche la plus courante consiste à mesurer l'activité musculaire du bras afin de déterminer le niveau d'assistance supplémentaire requis à un instant donné. Cette méthode est relativement précise, avec une marge d'erreur de seulement 0,5 à 1 kilogramme. Cependant, les capteurs doivent être fixés au bras avant chaque utilisation de l'exosquelette, ce qui est peu pratique en production industrielle.
Cobot : Programmation par démonstration
Le robot à un seul bras est un cobot classique à sept articulations. Cette configuration lui confère mobilité et flexibilité, tandis que sa capacité à ralentir automatiquement à l'approche de personnes garantit une utilisation en toute sécurité dans un contexte de recherche. L'association de l'exosquelette et du bras robotisé offre des avantages considérables pour l'industrie.
« Nous avons pu démontrer non seulement que nous pouvons alléger la charge de travail physique des ouvriers d'usine, mais aussi la facilité avec laquelle on peut apprendre de nouvelles tâches au cobot », explique le professeur Masia. « Nous pouvons le programmer en guidant le bras robotisé. Aucune ligne de code n'est nécessaire. C'est un avantage considérable par rapport à de nombreux robots actuellement utilisés en usine, qui opèrent derrière des barrières de sécurité, loin des travailleurs humains. »