Main marinisée mobile pour la saisie robuste en environnement sous-marin – SEAHAND

Le point de départ du processus de développement d’un préhenseur capable de se substituer à la main de l’archéologue est l’analyse des gestes de l’expert avec des objets caractéristiques, tels que ceux prélevés en environnement marin. Les données enregistrées constituent le point d’entrée du processus de synthèse du préhenseur (cinématique, dimensionnement, couples et vitesses articulaires). Pour permettre une équipression de la main robotique et garantir son étanchéité malgré le milieu abrasif présent dans les fonds marins, un gant souple spécifique a été développé, rempli d’un fluide incompressible. L’évaluation des efforts appliqués par les doigts du préhenseur est essentielle pour pouvoir saisir des objets de façon sécurisée en grande profondeur compte tenu de la mauvaise visibilité. La pression élevée des fonds marins rend impossible l’utilisation de capteurs d’efforts externes classiques, ce qui a conduit à proposer une méthode originale de mesure des efforts de serrage, basée sur l’évaluation de l’allongement des câbles qui actionnent les articulations. En matière de pilotage, la main humain e de l’opérateur archéologue est utilisée comme référence pour commander la main robotique SEAHAND depuis le bateau en surface et également le véhicule sous-marin embarquant la main, qui a fait l’objet du développement d’une commande originale. Le retour visuel des efforts perçus par chaque doigt est ainsi combiné à une commande téléopérée du préhenseur et du sous-marin.

Pour répondre aux enjeux du projet SEAHAND et afin de valider en amont la conception de la transmission par câbles du préhenseur et la technologie d’évaluation des efforts, l’équipe du projet s’est appuyée sur l’amélioration de la main Robotique RoBioSS « terrestre », sur laquelle la technologie d’évaluation des efforts a été qualifiée en amont, tout en améliorant la robustesse de la transmission par câbles. La main RoBioSS a donc fait l’objet avec le soutien du projet SEAHAND d’améliorations validées et implémentées ensuite sur le préhenseur SEAHAND. L’activité de recherche en préhension robotique a ainsi fait l’objet d’une communication et d’une activité de valorisation importantes s’appuyant sur les développements du projet de 2015 à 2021. Ce prototype original de préhenseur sous-marin, composé de 4 doigts et 6 actionneurs, est destiné à des tâches de prélèvements d’objets fragiles dans le contexte applicatif de l’archéologie sous-marine. L’équipe du projet a ainsi, au cours des années du projet, conduit un travail collaboratif conséquent associant tous les partenaires, avec l’objectif de pouvoir expérimenter le préhenseur dans l’eau à l’issue du projet. Le préhenseur développé a été valorisé par deux brevets CNRS. En 2023, le préhenseur a été mis en situation sur la nacelle d’un robot parallèle à câble terrestre de grandes dimensions pour évaluer des scénarios de saisie adaptative complexe, présageant d’une mise en situation prochaine sur un mini sous-marin.

Le projet SEAHAND ouvre en 2021 de belles perspectives de valorisation pour assister l’humain dans des tâches de manipulation à distance en environnement marin. La complémentarité des partenaires et la forte implication de chacun a offert une dynamique partenariale idéale que nous souhaitons poursuivre au-delà du projet. Les prochains mois vont permettre d’évaluer le préhenseur en configuration réelle avec le soutien du nouveau navire du DRASSM, inauguré en juillet 2021, et nous souhaitons à l’issue de ces essais, poursuivre les développements dans ce contexte. Les travaux réalisés permettent d’ores et déjà d’envisager de belles perspectives scientifiques pour accompagner des manipulation complexes non réalisables aujourd’hui. Nous remercions également TECHNO CONCEPT pour son soutien en ingénierie de conception marine, COURBIS pour le développement du gant spécifique et CATIE pour le développement de l’électronique embarquée.

Creuze, V. Monocular Odometry for Underwater Vehicles with Online Estimation of the Scale Factor. IFAC 2017 World Congress, 20th World Congress of the International Federation of Automatic Control. Toulouse, France, July 9-14, 2017.

Fischer, H.; Vulliez, M.; Laguillaumie, P.; Vulliez, P.; Gazeau, J.-P. A framework for real-time multi-axis and multi-robot control; IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. July 2019, 16, 3.

Mizera, C.; Delrieu, T.; Weistroffer, V.; Andriot, C.; Decatoire, A.; Gazeau, J.-P. Evaluation of hand-tracking systems in teleoperation and virtual dexterous manipulation. IEEE Sensors Journal. Feb 2020, 20, 3.

Mnyussiwalla, H.; Seguin, P.; Vulliez, P.; Gazeau, J.-P. Evaluation and selection of grasp quality criteria for dexterous manipulation. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2022, 104, 2, 1-31.

Gazeau, J.-P.; Laguillaumie, P.; Vulliez, P.; Mizera, C. Robotic hand sensitive to forces in an aquatic environment. 17757351. 2/2/2023.

Dans un contexte lié à l’archéologie sous-marine et à la protection des épaves situées en grande profondeur, le projet SEAHAND vise à développer un préhenseur robotique marinisé porté par un mini-véhicule sous-marin. Ce préhenseur sera doté de capacités de saisie adaptative et exploité dans un contexte de télé-opération à 2000m de profondeur. Il fournira à l'utilisateur un retour d'effort sur tous les degrés de liberté, y compris la pression exercée par chaque doigt. Les partenaires chercheront à travers une démarche de conception intégrée à établir une synergie entre la définition architecturale de la main et sa commande, afin de répondre aux contraintes de l’environnement marin à haute pression et de sécuriser la manipulation d’objets fragiles via une commande télé-opérée à retour d’efforts. L’implication des partenaires, spécialistes des mini sous-marins, de la télémanipulation, de la commande et des mains robotiques, mais aussi des archéologues sous-marins du DRASSM, permettront une valorisation en situation réelle.