Robotique miniaturisée, agile et collaborative pour l'assemblage ultra-précis – COLAMIR

Pour relever les défis de la micromanipulation et du micro-assemblage industriel, le projet COLAMIR a permis l’étude et l’implémentation d’une approche robotique collaborative ou cobotique grâce à la complémentarité entre les 2 partenaires académiques (FEMTO-ST et ISIR) avec les 2 partenaires industriels (Percipio Robotics et Auréa Technology). L’approche implémentée repose tout d’abord sur l’intégration de capteurs permettant de mesurer les microforces induites pendant la manipulation de micro-objets. Des interfaces haptiques à très faible inertie et très faibles frottements ont également été proposés permettant à l’opérateur de ressentir ces efforts très faibles mais également très influents lors d’un processus d’assemblage. Ces nouvelles capabilités ont permis de fournir un « sens » tactile à l’opérateur. L’implémentation de différents modes de contrôle collaboratifs dynamiques ainsi que la possibilité de passer de l’un à l’autre selon les étapes du processus d’assemblage et de l’avis expert de l’opérateur humain, permettent également à l’opérateur via le robot, de réaliser des tâches de micro-assemblage avec une précision très importante (pouvant atteindre 10 nanomètres). Finalement, les différentes fonctionnalités ont été mises en œuvre via plusieurs démonstrateurs dont un industriel, et ont permis de démontrer que la synergie homme robot est particulièrement efficace dans le contexte du micro-assemblage industriel.

D’un point de vue technique, le projet COLAMIR a permis d’implémenter pour la première fois des modes de contrôle collaboratif homme-robot dans un contexte de micro-assemblage industriel. Les travaux ont permis d’améliorer de nombreux facteurs de production (temps de cycle, précision, qualité des tâches) mais également le confort de l’opérateur rendant son travail plus diversifié et attractif. COLAMIR a induit plusieurs autres projets collaboratifs (Dynabot, ANR Optobot, EUR Microfibre, EUR Smartdigibot), un programme d’innovation financé par BPI (« French PRecision ») contribuant à créer le Centre de Micro et Nanorobotique, ainsi qu’à établir la place de la microrobotique au sein du réseau TIRREX. Le projet a induit également à du transfert de technologie (maturation de capteurs de microforces en cours) et à l’établissement de plusieurs nouvelles collaborations internationales (USA, Kenya) et nationales (Thalès, CEA List, INRAE).

COLAMIR ouvre plus largement de très larges perspectives que ce soit en termes de valorisation des solutions technologiques innovantes développées pendant le projet et contribuera également au déploiement de la robotique collaborative en ayant proposé un ensemble de modes de contrôle collaboratif permettant un changement de paradigme dans la collaboration homme robot en les mettant en synergie de manière unique particulièrement efficace et acceptée.

André, A.; Lehmann, O.; Govilas, J.; Laurent, G.; Saadana, H.; et al. Automating Robotic Micro-Assembly of Fluidic Chips and Single Fiber Compression Tests Based on $XY\Theta$ Visual Measurement With High-Precision Fiducial Markers. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 2022, 1-14.

Tiwari, B.; Clevy, C.; Lutz, P. High Precision Gluing Tasks Based on Thick-Films of Glue and a Microrobotics Approach. Robotics and Automation Letters (RA-L). 2019, 4(4), 4370-4377.

Tiwari, B.; Billot, M.; Clévy, C.; Agnus, J.; Piat, E.; Lutz, P. A Two-Axis Piezoresistive Force Sensing Tool for Microgripping. Sensors, 21(18), 6059, September 2021.

Awde, M.; Boudaoud, M.; Macioce, S.; Régnier, S.; Clévy, C. A Micro-Robotic Approach For the Intuitive Assembly of Industrial Electro-Optical Sensors Based on Closed-Loop Light Feeling. Submitted. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2022, 1-10.

Projet ANR PRC DYNABOT (2021-2025) porté par Cédric Clévy (FEMTO-ST)

Bénéficiant d’une flexibilité accrue par rapport aux machines industrielles, la robotique a pris une place prépondérante dans l’industrie manufacturière, réduisant ainsi le coût de diversification de la production. Aujourd’hui cependant, le faible taux de robotisation des PME française doit interpeller la communauté robotique, particulièrement sur les raisons qui bloquent ce déploiement.
L’industrie des microtechniques, et particulièrement du micro-assemblage, présente un formidable cas d’étude pour comprendre ces verrous : le travail de haute précision avec des pièces petites et complexes demande une main d’œuvre hautement qualifiée, à la fois agile et dotée d’une bonne capacité d’analyse. Les robots actuels sont flexibles et suffisamment précis, mais ils sont loin d’avoir la capacité de décision requise pour générer les trajectoires adéquates à l’échelle microscopique. Parallèlement, la miniaturisation accrue des produits atteint désormais les limites de ce qu’un opérateur humain peut atteindre.
La robotique collaborative ou cobotique, est une nouvelle approche qui allie l’intelligence de l’homme et la précision du robot pouvant permettre de franchir les limites actuelles de la miniaturisation et d’augmenter la productivité des PME.
Le projet COLAMIR vise à introduire cette complémentarité homme-robot dans le domaine des microtechniques, où la demande robotique est forte et non satisfaite depuis longtemps, notamment dans les PME. Le projet regroupe deux acteurs majeurs de la recherche en microrobotique avec deux PME innovantes dans l’intégration de robots et la micro-instrumentation. L’équipe de microrobotique de l’ISIR est réputée dans le domaine de l’interaction homme-machine à l’échelle microscopique, notamment pour ses recherches sur les interfaces haptiques (ERC en 2015). L’institut FEMTO-ST a une longue et riche expérience de recherche en micromanipulation, ainsi qu’une grande expertise dans l’intégration de capteurs à l’échelle microscopique. PERCIPIO ROBOTICS est une startup travaillant avec succès depuis 4 ans dans le domaine de la robotique de précision pour des entreprises renommées allant du secteur horloger au secteur de l’instrumentation scientifique de haute technologie. AUREA TECHNOLOGY est une jeune entreprise connue dans le monde entier pour ses compteurs de photon ultra précis, micro-dispositifs innovants assemblés à la main.
PERCIPIO ROBOTICS et AUREA TECHNOLOGY apporteront des cas concrets de micro-assemblage aux équipes de l’ISIR et de FEMTO-ST afin de développer une nouvelle génération de robots collaboratifs avec un impact direct sur la productivité des PME. Pour relever les défis de la micromanipulation et du micro-assemblage, les robots collaboratifs devront aider les opérateurs humains par l’ajout de dispositifs et de logiciels dédies. La micromanipulation sera grandement facilitée par l’utilisation de capteurs de forces intégrés permettant de fournir un sens tactile à l’opérateur. Ce nouveau « sens » sera retransmis à l’utilisateur par une interface haptique innovante. La collaboration homme-machine sera également améliorée par l’utilisation de logiciels dédiés et par la possibilité de passer d’un mode de collaboration à un autre. La validation de cette nouvelle approche sur des cas industriels concret est un atout pour garantir sa réussite et sa valorisation.
L’objectif principal de COLAMIR est de démontrer que la robotique collaborative est la clé pour développer l’équipement des PME en robots. Cette approche, hors des sentiers battus, à la meilleure chance d’être acceptée par les opérateurs et les entrepreneurs du domaine des microtechniques. Une « success story » étant le meilleur moyen de convaincre d’autres PME, l’approche de COLAMIR pourrait alors être transposée à de nombreux domaines manufacturiers où la productivité est capitale mais dans lequel la robotisation est encore un challenge.