Grâce à l'IA, les robots apprennent à assembler

Le projet de recherche « Rob-aKademI » vise à simplifier considérablement la programmation des robots pour les tâches d'assemblage. (Source : Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez)

Pour les tâches de montage, la programmation flexible des robots reste jusqu'à présent complexe. Améliorer cela est l'objectif du projet de recherche lancé le 1er juillet 2020, « Rob-aKademI ». Les technologies utilisées, notamment l'apprentissage automatique, doivent faciliter la programmation et la rendre plus autonome.

Les partenaires du projet de recherche « Rob-aKademI », dont le Fraunhofer IPA et l'Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF de l'Université de Stuttgart, développent des technologies visant à simplifier la programmation des robots pour les tâches de montage et à automatiser davantage. La base de cette démarche est une représentation numérique, c'est-à-dire un jumeau numérique, de l'environnement de production. Cette représentation, associée à un équipement de programmation spécialisé, est utilisée dans un environnement de simulation physique pour permettre aux robots d'apprendre leurs compétences en montage flexible. Ils explorent de manière autonome leur environnement dans la simulation, planifient leur comportement en conséquence et l'optimisent ou l'apprennent en continu.

Trois modules d'apprentissage pour la pratique

Pour cela, l'intelligence artificielle (IA) est utilisée, plus précisément l'apprentissage automatique et son sous-domaine appelé « apprentissage par renforcement » (RL). Cela signifie qu'un algorithme apprend, à l'image de l'humain, selon le principe d'essais et d'erreurs. Il reçoit un signal de récompense pour une action réussie, afin de s'améliorer progressivement.

Le projet aboutit à trois modules d'apprentissage liés à l'application, qui encapsulent le savoir-faire des experts en programmation robotique et en opérations de montage à réaliser : le « Module de perception » pour la reconnaissance d'objets, le module d'apprentissage « Soudure contrôlée par la force » pour des stratégies de soudure robustes, et le module d'apprentissage « Connexions à clipser » avec un modèle physique détaillé de la soudure. Avec ces technologies, des programmes robotiques robustes sont créés pour transférer les résultats de la simulation dans la réalité. À l'aide de trois cas d'application pratiques — montage de coffrets électriques, d'interrupteurs et de circuits imprimés —, les partenaires du projet valident leurs résultats. Les modules pour la soudure contrôlée par la force et les connexions à clipser s'appuient sur le logiciel IPA « pitasc », déjà disponible, pour les tâches de montage contrôlées par la force, et en étendent les capacités.

Valeur ajoutée de l'automatisation

« Rob-aKademI » répond, avec ses objectifs de projet, aux besoins d'une production de plus en plus personnalisée. Les applications de montage exigent actuellement encore des exigences élevées en matière de programmation robotique. Cela inclut des processus variés et souvent exigeants, souvent contrôlés par la force, une grande diversité de variantes et des cycles courts. Pour de nombreuses entreprises, en particulier les PME avec leurs produits sur mesure, il n'est souvent pas rentable d'utiliser des robots pour le montage, surtout si seule une expertise spécialisée peut effectuer la programmation.

Les robots offrent cependant des avantages tels que la prise en charge de tâches non ergonomiques, dangereuses ou monotones, ainsi qu'une qualité constante dans l'exécution des tâches. Ils peuvent également constituer un facteur de compétitivité décisif, notamment dans des pays à coûts élevés comme l'Allemagne. Grâce à de nombreuses analyses de potentiel d'automatisation déjà réalisées dans le monde entier par le Fraunhofer IPA, les chercheurs connaissent précisément les besoins des entreprises et apportent cette expertise au projet.

L'IA fait progresser la robotique

Le projet « Rob-aKademI » fait partie de la grande initiative de financement « KI01 KI in der Praxis » du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche. Dans le cadre de cette initiative, un autre projet de recherche du Fraunhofer IPA, « Deep Picking », utilise l'IA pour optimiser la prise de pièces dans une caisse par robot. Du côté de l'IFF, le projet « Calibration robotique basée sur l'IA » (KIRK) y participe également.

FICHE D'IDENTITÉ

Titre complet du projet :

Projet collaboratif Rob-aKademI – Génération d'algorithmes de contrôle robustes pour robots à partir de la simulation physique, utilisant des méthodes d'intelligence artificielle pour un montage hautement flexible et varié en « lot de taille 1 »

Durée :

01.07.2020 au 30.06.2022

Financement :

Le projet fait partie de l'initiative de financement « KI01 KI in der Praxis » du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). La référence de financement est 01IS20009.

Responsable du projet :

Centre allemand pour l'aéronautique et l'espace (DLR)

Partenaires du projet et leur contribution :

– Direction du projet & partenaires de développement : micropsi industries GmbH
– Partenaires de développement : TruPhysics GmbH, elprotek GmbH
– Partenaires de recherche : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Université de Stuttgart
– Utilisateurs finaux : dresden elektronik ingenieurtechnik GmbH, Käpple Qualitätsleister e.K., Walter Meile GmbH