Département Robotique

Description du département

Le département robotique du LIRMM compte aujourd'hui 28 chercheurs et enseignants-chercheurs, 2 ingénieurs en appui à la recherche et 35 doctorants. Son objectif est de favoriser le développement d’outils fondamentaux et de les amener jusqu’à la valorisation et au transfert industriel. Cette politique scientifique s’inscrit également dans une démarche qui vise à répondre, pour un certain nombre de travaux, à des problèmes sociétaux, économiques et environnementaux. Le département développe ainsi des activités de recherche associant la robotique, et les outils développés, aux interfaces avec l’industrie manufacturière, la santé, l’environnement ou bien encore l’homme dans son environnement quotidien.
Les principaux domaines de recherche fondamentaux du département peuvent être résumés selon trois grands axes scientifiques :

  • Conception de systèmes mécaniques, modélisation, identification,
  • Commande, interaction, architecture de contrôle,
  • Perception.

Activités Scientifiques

Les domaines scientifiques du département sont associés à des applications robotiques bien identifiées dans les équipes telles que :

  • la rééducation et la suppléance fonctionnelles, le handicap (DEMAR),
  • la robotique médicale, la robotique de manipulation (DEXTER),
  • la robotique d’exploration sous-marine et terrestre (EXPLORE),
  • la vision pour la robotique, l’imagerie médicale (ICAR),
  • l’interaction haptique, la robotique humanoïde (IDH).

Quatre grands thèmes de recherche structurent les activités de recherche et les collaborations scientifiques internes au département. Ils peuvent être définis par :

Aide à la personne malade ou déficiente

Certainement le thème le plus transversal du département, quatre équipes : DEMAR, DEXTER, ICAR et IDH travaillent à cette interface.

  • Les travaux menés dans l’équipe DEMAR portent à la fois sur la modélisation du système sensorimoteur (modèles de fonctions physiologiques, protocoles expérimentaux d’identification de paramètres patient dépendants) et la synthèse de lois de commande (stratégies d’activation du système sensorimoteur au travers de la stimulation électrique fonctionnelle). Ces développements s’appuient sur des neuroprothèses conçues par les chercheurs de l’équipe.
  • A la frontière avec DEMAR, des travaux de recherche dans l’équipe IDH ont permis d’étudier une interaction homme-robot tout à fait originale avec le contrôle d’un bras humain sous stimulation électrique fonctionnelle par un robot humanoïde.
  • L’activité de recherche en robotique médicale dans l’équipe DEXTER a pour objectif de fournir aux cliniciens de nouvelles méthodes de perception et d’action pour développer des techniques chirurgicales innovantes comme, par exemple, en radiologie interventionnelle ou bien encore en chirurgie à port unique. Par ailleurs, certaines techniques, comme celles développées pour l’estimation de mouvements physiologiques, trouvent un prolongement naturel pour une utilisation dans un contexte pathologique tel que le tremblement essentiel abordé en collaboration avec l’équipe DEMAR.
  • L’équipe ICAR, quant à elle, aborde dans le domaine du diagnostic deux problématiques scientifiques. La première concerne l’amélioration de la reconstruction en tomographie d’émission en quantifiant l’erreur due aux variations statistiques des mesures de projection et la deuxième traite de la reconstruction 3D de structures osseuses pour une visualisation active facilitant la perception et la compréhension des données.

Interaction homme robot

Développé dans l’équipe IDH, cet axe de recherche se distingue par l’intérêt particulier qu’elle porte aux tâches nécessitant une interaction homme-robot mettant en œuvre des processus cognitifs ou sensoriels dans le contrôle. Ces activités intègrent l’interprétation de données physiologiques de l’homme (EMG, EEG, BCI, etc.), de son mouvement mais aussi du sens haptique, i.e. le toucher. L’équipe IDH porte également une attention particulière à la planification multi-contacts exploitant le contact physique avec l’environnement comme source de commande ainsi que, récemment, le contrôle visio-haptique pour des interactions plus riches au sens multi-sensorielles.

Robotique et systèmes de production

Fortement ancrées au cœur des besoins industriels, les activités de recherche sur la conception et la commande de cinématiques complexes (principalement parallèles) développées au sein de l’équipe DEXTER visent à répondre à une question ancienne : comment obtenir des systèmes de production efficaces ? La réponse à cette question conduit à s’intéresser à la conception et la commande de systèmes pouvant atteindre :

  • de très grandes accélérations (jusqu’à 100g), ce qui impose de développer de nouveaux outils mathématiques pour exploiter la redondance d’actionnement ;
  • de très grands volumes de travail (robots à câbles) ce qui implique de repenser les outils classiques d’analyse statique des robots à câbles (arrangement des câbles autour de l’organe terminal, modélisation de l’élasticité, etc.) et de revisiter les lois de commande pour prendre en compte, par exemple, les contraintes unilatérales de l’actionnement.

La réponse vient également de concepts novateurs tels que des robots parallèles reconfigurables capables de changer de zones de travail. 

Robotique d'exploration

Portée principalement par l’équipe EXPLORE, les travaux portent sur la conception et le développement des outils théoriques et expérimentaux de la robotique mobile en se concentrant, jusqu’à présent, sur la robotique sous-marine et terrestre pour l’exploration de l’environnement à partir de modèles perception/action issus des acteurs « métiers ». Les solutions proposées sont implémentées sur des robots mobiles à travers une architecture de contrôle/commande structurée, tolérante aux fautes et offrant différents niveaux d’autonomie. Des interactions naturelles avec les équipes ICAR et DEXTER se sont développées pour les parties concernant la perception et la commande, en particulier pour les engins sous-marins.

Département tourné vers l'avenir

Le rayonnement du département et son attractivité académique se sont exprimés, plus particulièrement sur la période 2008-2013, sur le plan national avec une forte implication des membres du département dans différents Projets d’Investissement d’Avenir (PIA) :

  • EquipEx ROBOTEX (2011-2019) Réseau national de plateformes robotiques, coordonné par M. de Mathelin (ICube, Strasbourg) dans lequel le département au travers des équipes DEXTER et IDH est impliqué pour les thématiques de recherche en robotique de production, robotique humanoïde et robotique médicale. F. Pierrot pilote quant à lui la thématique « robotique de production ».
  • Labex NUMEV (2011-2019) « Solutions numériques, matérielles et modélisation pour l’environnement et le vivant », porté initialement par M. Robert (LIRMM) et coordonné depuis février 2013 par P. Poignet (LIRMM) et F. Nicoud (I3M). Les cinq équipes du département sont impliquées dans les activités de ce Labex, principalement sur les deux projets intégrés dont les activités concernent l’observation de l’environnement (robotique d’exploration) et l’aide à la personne malade (robotique médicale) ou déficiente (neuroprothèses). D. Guiraud est responsable de ce dernier.
  • Labex CAMI (2012-2020) Réseau national avec 6 partenaires dans le domaine de « Computer Assisted Medical Interventions », coordonné par P. Cinquin (TIMC-IMAG, Grenoble). L’équipe DEXTER y développe une partie de ses activités en robotique médicale en interaction étroite avec les autres partenaires du Labex notamment grâce aux co-encadrements de thèses.
  • PSPC INTENSE (2012-2018) « Initiative Nationale Technologique d’Envergure pour une NeuroStimulation Evoluée » pilotée par la société SORIN CRM. L’équipe DEMAR contribue au travers de ses activités sur la conception de neuro-prothèses et la modélisation du système neuromusculaire.

Collaborations nationales et internationales

Autre point important pour le département : les collaborations académiques nationales et internationales dans le cadre des projets ANR ou internationaux. Elles s'illustrent par :

  • Des échange de doctorants en robotique de production avec l’Université de Twente aux Pays-Bas.
  • Des échange de doctorants en robotique médicale avec la Scuela Superiore Santa Anna en Italie.
  • Des visites de longue durée de doctorants et post-doctorants avec l’Université de Waseda à Tokyo.
  • Des co-tutelles de thèse avec l’Université Catholique de Louvain, l’Université de Brasilia, le LAFMIA à Mexico.
  • Des chercheurs invités de l’Université de Coimbra (Portugal), en robotique humanoïde ou sur la modélisation du mouvement humain avec la TUM à Munich (Allemagne), l’EPFL à Lausanne (Suisse), l’Université de Stanford (USA) et l’Université de Rome (Italie), en robotique sousmarine avec le LAFMIA à Mexico, le CNR de Gênes (Italie), et enfin dans le domaine des neuroprothèses avec l’Université d’Aalborg et l’Université de Barcelone.

Par ailleurs, le département a un lien historique très fort avec le JRL (Joint Robotic Lab, UMI 3218, Tsukuba, Japon) dans lequel le LIRMM est impliqué. Le directeur actuel de l’UMI est un membre permanent du département robotique (A. Kheddar). Cette collaboration permet des échanges fréquents et fructueux avec la communauté robotique japonaise.

Faits marquants

Les travaux des chercheurs et des équipes du département ont été récompensés par de nombreux prix et distinctions :

Au niveau national :

  • Grand Prix de l’Académie des Sciences en 2010 pour D. Guiraud
  • Cristal du CNRS 2010 au titre des plateformes robotiques pour M. Benoit
  • Médaille de l’Innovation du CNRS 2011 pour F. Pierrot
  • 1er prix de la FIEEC en 2012 pour D. Andreu
  • « Mention spéciale Innovation » au Prix de thèse IEEE France Section SFGBM-AGBM 2009 pour G. Souquet
  • 2ième prix de thèse du GdR Robotique 2010 pour R. Richa,

Au niveau international :

  • Best Paper Award in Medical Robotics MICCAI 2010 pour R. Richa, A. Bo et P. Poignet
  • « Third Place Award » pour H. Yang à la « Student Mechanism and Robot Design Competition » lors de l’ASME IDETC à Chicago en 2012
  • plusieurs papiers « Finalist of Best Paper Award » avec G. Sartori Natal, A. Chemori, F. Pierrot à IEEE ICRA 2012, K. Bouyarmane et A. Kheddar à IEEE/RAS Humanoids 2010, A. Bussy, A. Kheddar, A. Crosnier et F. Keith à IEEE/RSJ IROS 2012 ou « Finalist for Best Robocup Paper Awards » pour S. Lengagne, N. Ramdani, P. Fraisse à IEEE/RSJ IROS 2009.

Site experimentaux & plateformes

La plupart de ces applications donnent lieu à des expérimentations visibles sur nos 4 sites :

La Halle de mécatronique.

La Halle de mécatronique.

Salle d’expérimentation sur le site de la Galéra.

Salle d’expérimentation sur le site de la Galéra.

Nouvelle salle d'expérimentations.

Nouvelle salle d'expérimentations.

Un robot à câbles taille XXL (hangar à St Jean de Védas)

Un robot à câbles taille XXL (hangar à St Jean de Védas)

Les plateformes et réalisations expérimentales du département sont un élément clé de sa visibilité et font sa force en contribuant à valider expérimentalement la pertinence des approches scientifiques et des outils fondamentaux proposés.

Robot d'usinage agile.

Robot d'usinage agile.

RAVEN - Un plateforme ouverte pour la pratique de la chirurgie mini-invasive [Univ. de Washington]

RAVEN - Un plateforme ouverte pour la pratique de la chirurgie mini-invasive [Univ. de Washington]

Estimation des paramètres biomécaniques d'un patient paraplégique.

Estimation des paramètres biomécaniques d'un patient paraplégique.

Reconstruction 3D de la surface du cœur

Reconstruction 3D de la surface du cœur

Robotique mobile d'exploration avec le robot Pioneer.

Robotique mobile d'exploration avec le robot Pioneer.

Un robot à câbles taille XXL (hangar à St Jean de Védas)

Un robot à câbles taille XXL (hangar à St Jean de Védas)

Coopération entre HRP2 et un humain.

Coopération entre HRP2 et un humain.

Extraction de contours adapté aux images omnidirectionnelles pour la navigation

Extraction de contours adapté aux images omnidirectionnelles pour la navigation

Interaction entre Hoap 3 et un patient sous stimulation électrique fonctionnelle.

Interaction entre Hoap 3 et un patient sous stimulation électrique fonctionnelle.

SPRINT – Un des bras de robot destiné à la  chirurgie à port unique

SPRINT – Un des bras de robot destiné à la chirurgie à port unique

Manipulations et tests de lois de commande en piscine avec le robot ACROV.

Manipulations et tests de lois de commande en piscine avec le robot ACROV.

Le robot Quattro (ADEPT Technology)

Le robot Quattro (ADEPT Technology)

Equipes


Mots-clés

Conception de systèmes mécaniques, Modélisation, Identification, Commande, Interaction, Architecture de contrôle, Perception, Traitement d'images.

Dernière mise à jour le 27/03/2015