Vue d'ensemble de la planification de la reconfiguration énergétiquement optimale pour les robots modulaires en utilisant deux approches, un algorithme de modélisation automatique et un algorithme heuristique. Crédit :Yao et al.
Des chercheurs du Reconfigurable Robotics Lab (RRL) de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont récemment développé une nouvelle approche pour la reconfiguration de robots modulaires qui s'inspire de l'art de l'origami. Cette méthode, décrit dans un article publié dans Sage's Journal international de recherche en robotique , élimine les changements de connectivité lors de la transformation d'un système.
Les robots modulaires reconfigurables sont des systèmes polyvalents qui peuvent transformer leur forme pour effectuer différentes tâches dans une variété d'environnements. Cela peut être particulièrement utile dans les contextes de mission, comme l'espace, reconnaissance, échantillonnage, ou des opérations de recherche et de sauvetage. Dans ces cas, les robots conventionnels à morphologie fixe pourraient avoir du mal à s'adapter à des environnements complexes et incertains, tandis que les systèmes robotiques modulaires peuvent se reconfigurer de manière autonome et s'adapter aux nouvelles circonstances.
La reconfigurabilité des systèmes modulaires est obtenue en modifiant la morphologie de leur structure globale, ainsi qu'en connectant et déconnectant leurs modules. Malgré les avantages notables de l'utilisation de ces systèmes, le grand nombre de composants individuels et de degrés de liberté (DoF) impliqués rendent la modification de leur configuration très difficile.
Pour planifier et optimiser ce processus, des études antérieures ont proposé une variété d'approches, qui peuvent être divisés en deux catégories principales. La première catégorie implique une configuration cible en divisant l'architecture modulaire du système en différents ensembles de modules, ce qui peut simplifier le processus de reconfiguration. Ces approches peuvent faciliter la conception de la configuration finale pour des tâches spécifiques, pourtant, ils ne parviennent pas à aborder le processus de reconfiguration dynamique.
Une autre approche pour optimiser la reconfiguration consiste à minimiser le nombre de changements de connectivité lorsque le système se transforme en la forme souhaitée. Bien que ces planificateurs de reconfiguration visent à réduire le nombre de changements de connectivité, ils nécessitent toujours une certaine forme de déconnexion et de connexion entre les modules dans le processus. Ces changements de connectivité prennent du temps, peut entraîner des complications dans la transformation globale et peut entraîner un désalignement, entraînant une défaillance mécanique du système.
Relever les limites des approches existantes, l'équipe de chercheurs du RRL a introduit une nouvelle stratégie pour planifier la reconfiguration des systèmes robotiques modulaires, qui s'inspire du processus de pliage de l'origami. L'origami est l'art traditionnel japonais de plier des feuilles de papier plates en une variété d'objets ou de formes 3D.
"Notre méthode consiste en un planificateur de reconfiguration énergétiquement optimal qui génère un schéma d'assemblage initial en 2D et une séquence d'actionnement des unités modulaires, les deux résultant en une consommation d'énergie minimale, ", écrivent les chercheurs dans leur article.
Le cadre algorithmique conçu par les chercheurs comprend deux composantes principales :un algorithme de modélisation automatique et un algorithme heuristique. L'algorithme de modélisation automatique génère le modèle cinématique et la dérivation dynamique des agrégats robotiques, calculer la consommation de couple de motifs de pré-pliage pour des séquences de pliage prédéfinies et utiliser la planification de mouvement pour considérer l'épaisseur de la structure. L'algorithme heuristique, d'autre part, comprend un planificateur de mise en page 2D optimal suivi de deux planificateurs de séquence de pliage :un planificateur d'actionnement unifié pour différentes mises en page et un planificateur optimal au sein d'une mise en page spécifique.
La nouvelle approche conçue au RRL s'attaque efficacement au problème NP-complet de la planification de la reconfiguration énergétiquement optimale dans les robots modulaires, générer des schémas de reconfiguration énergétiquement optimaux pour l'assemblage initial et la séquence de pliage des modules du système. Les chercheurs ont évalué leur stratégie à l'aide de simulations sur Mori, une plateforme robotique modulaire, et obtenu des résultats très prometteurs.
"Nous démontrons l'efficacité de notre méthode en appliquant les algorithmes à Mori, un robot origami modulaire, en simulation, " les chercheurs ont écrit dans leur article. " Nos résultats montrent que l'algorithme heuristique produit des schémas de reconfiguration de haute qualité, par rapport à l'algorithme de modélisation automatique, économisant simultanément une quantité considérable de temps de calcul et d'efforts."
© 2018 Réseau Science X
