La manipulation aérienne, c’est vraiment si nouveau ?
Juan Cortés1 : Oui, la manipulation aérienne est une thématique qui commence à prendre de l’importance seulement depuis environ 2012. Nous connaissons déjà bien les robots manipulateurs fixes – comme ceux qui font de la soudure dans l’industrie automobile. Nous avons aussi des plateformes mobiles au sol – des plateformes autonomes qui roulent équipées d’un ou de plusieurs bras. Ces recherches-là ont commencé dans les années 1970-1980, et cela se développe énormément aujourd’hui dans le cadre de l’usine du futur (aussi appelée industrie 4.0). Il existe également des robots manipulateurs sous-marins. Il y a un parallèle entre l’air et l’eau, mais un robot aérien doit être beaucoup plus réactif, car le milieu est beaucoup moins dense, et ne laisse pas le droit à l’erreur (le robot aérien ne peut pas flotter en cas de problème). Notre laboratoire est spécialisé en robotique aérienne – des plateformes qui volent et qui ont des capacités de manipulation et d’interaction avec l’environnement.
 
 

Hélicoptère équipé d'un bras à double rotor, développé par une équipe partenaire de l’Institute of Robotics and Mechatronics (Allemagne).

Hélicoptère équipé d'un bras à double rotor, développé par une équipe partenaire de l’Institute of Robotics and Mechatronics (Allemagne).

DLR - Institute of Robotics and Mechatronics

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Quelles sont les difficultés principales de ce champ de recherche ?
J. C. : Ce qui nous pousse vraiment c’est le défi scientifique que pose ce type de robot. Le fait d’ajouter un bras manipulateur à un robot aérien pose des problèmes avant tout théoriques. Il faut repenser la conception au niveau de la mécatronique (penser à la géométrie du robot, les matériaux, le type d’actionneurs, etc.). Il faut aussi développer de nouvelles méthodes de calcul de trajectoires et de commande, car ce qui fonctionne pour les robots fixes ou à roues, est inutile lorsqu’on l’applique à un manipulateur aérien.
 
Surtout en termes de stabilisation ?
J. C. : Pour un manipulateur mobile qui est au sol, il est habituel de découpler la commande du bras et la commande de la plateforme mobile – les perturbations liées au mouvement du bras sont négligeables, ou facilement contrôlables. En vol, si le bras bouge, la plateforme doit s’adapter en temps réel. D’ailleurs, elle doit même prédire les changements qu’elle aura à faire avant même que le bras commence à bouger. Il faut qu’elle anticipe l’impact que le mouvement du bras va avoir sur la dynamique de l’ensemble.

 
Revenons sur vos robots, chargés d’inspecter les tuyaux des installations pétrolières. Quelles tâches doivent-ils réaliser ?
J. C. : Les mesures de corrosion, par exemple, se font en analysant les parois des tuyaux, ce qui n’est pas possible avec l’œil ou une simple caméra. Il faut un contact physique entre le capteur et le tuyau. La réelle difficulté est que pour maintenir le contact, il est nécessaire de contrôler la force d‘interaction entre le robot et le tuyau. Sur ce type de recherches, nous sommes vraiment en avance. Nos robots aériens peuvent non seulement manipuler des objets, mais aussi maintenir un contact physique avec l’environnement.

S’agit-il de plusieurs types de robots ?
J. C. : On construit et on teste en parallèle quatre prototypes. Le premier est un quadrirotor classique, comme ceux disponibles commercialement pour de la prise d’image, où tous les moteurs sont alignés. Nous avons donc embarqué des capacités de manipulation : un petit bras. C’est un système peu coûteux, mais assez limité en termes de capacité de mouvement et en termes de charge utile. Le deuxième est une plateforme avec plus de 4 rotors – 6 ou 8 – où les axes ne sont pas alignés. Ce sont des plateformes dites « complètement actuées », qui peuvent être commandées à la fois en position et en orientation. Pour comparer, un quadrirotor normal est comme une voiture capable de se déplacer en marche avant, en marche arrière et de tourner, mais pas de se déplacer latéralement. Un robot aérien complètement actué a une liberté totale – on peut lui dire de rester sur une position fixe, mais avec un angle de tangage de 30° par exemple. Cela permet d'installer le capteur directement sur un organe terminal fixe, sans avoir besoin d’ajouter un bras articulé.
 
Et les deux autres ?
J. C. : L’un de nos partenaires travaille sur un hélicoptère autonome d’environ 3 mètres d’envergure, doté d’un bras manipulateur de type industriel. Ce qui est un peu plus délicat pour les normes d’aviation civile et assez coûteux, mais il peut porter des charges beaucoup plus lourdes. Le quatrième type est un système complètement différent développé au Laas, que nous avons appelé « FlyCrane ».

Une grue volante ?
J. C. : Oui, c’est un système composé de trois quadrirotors normaux qui portent une plateforme suspendue par six câbles. Cette plateforme va nous permettre d’amener un autre type de robot sur les tuyaux – un robot d’une vingtaine de centimètres avec des roues magnétiques qui pourra sonder les tuyaux avant de remonter sur la plateforme volante.
 
À terme, ces robots aériens pourraient aussi servir à réparer ?
J. C. : Nous n’en sommes pas encore là. Pour ce type de tâches, il faudrait des forces assez conséquentes – plusieurs dizaines de newtons – qui sont hors de la portée de nos plateformes actuelles. Remplacer un capteur, ou même changer la batterie d’un émetteur, nous pouvons le faire. Peut-être même une petite soudure locale. Mais remplacer un tuyau, c’est plus compliqué. Ceci dit, les robots manipulateurs aériens n’en sont qu’à leurs débuts.