Le robot se compose d’une caméra 3D Ensenso N35 commercialisée par Imaging Development Systems et de deux bras robotisés dotés de pinces pour la saisie d’objets. Il est conçu de façon à « ressentir » la manière dont les humains assemblent les objets : les « yeux » sont remplacés par une caméra 3D et les « bras » par des bras industriels robotisés capables de bouger selon six axes. Chaque bras est muni de pinces parallèles pour pouvoir saisir des objets. Des capteurs de force sont installés au niveau des poignets. Ils déterminent la force de saisie des « doigts » et la force de contact des objets requise. Le robot démarre le processus de montage en prenant des clichés 3D des éléments posés au sol de manière à créer une carte des positions estimées des différents composants.
Complexité de la vision du robot
Une caméra 3D Ensenso se charge de cette mission. Elle fonctionne selon le principe de la vision spatiale (stéréovision), qui est inspirée de la vision humaine. Deux caméras visualisent une scène selon des positions différentes. Même si le contenu des images des deux caméras semble identique, il existe des différences au niveau de la position des objets observés. Dans la comparaison des images, des algorithmes spéciaux cherchent des pixels et visualisent leur disparité sur une carte avec toutes les différences trouvées. Le logiciel Ensenso peut déterminer les coordonnées 3D de chaque pixel ou point d’objet (ici, les composants de la chaise).
Le défi consiste à localiser le plus précisément, rapidement et efficacement possible les composants dans un environnement complexe. Un projecteur très lumineux de la caméra Ensenso y contribue en partie. Même dans des conditions de lumière défavorables, il projette, au moyen d’un masque de motif, une texture très contrastée sur l’objet à représenter et compense ainsi sur ses surfaces le manque ou l’absence de structures, comme sur les composants de la chaise Ikea. Dans cette application, certes non nécessaire, le modèle utilisé ici pourrait même aller encore plus loin : du fait de la technique FlexView intégrée, la texture projetée se déplace également sur la surface des composants et met en évidence d’autres structures auxiliaires.
Plusieurs paires d’images de la même scène prises avec différentes textures créent un bien plus grand nombre de pixels. Les composants de la chaise sont ainsi représentés en 3D dans une résolution beaucoup plus importante pour faciliter son identification par le robot. La fonction intégrée par le logiciel Ensenso présente un autre avantage pour le calibrage main-œil du robot. À l’aide de la plaque de calibrage, elle veille à déterminer la position du système de coordonnées de la caméra (caméra fixe dans ce cas) par rapport au système de coordonnées de base (position du composant). Ainsi, la main du robot peut réagir avec exactitude aux informations de l’image et se positionner avec précision.
Un montage en moins de dix minutes
« Pour un robot, l’assemblage d’une chaise Ikea avec un tel niveau de précision est plus complexe qu’il n’y paraît », explique le professeur Pham Quang Cuong du NTU. « Le montage, naturel pour un humain, doit être décomposé en différentes étapes, telles que la localisation des différentes pièces de la chaise, la détermination de la force requise pour saisir les pièces et la prévention des collisions avec les bras du robot. Nous avons développé des algorithmes qui permettent au robot de se charger des étapes nécessaires au montage de la chaise en toute autonomie. » Résultat : le robot de la NTU monte la chaise Ikea Stefan en 8 minutes et 55 secondes seulement.
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