Flexible Automation and Intelligent Manufacturing: The Human-Data-Technology Nexus

This is an open access book. It gathers the first volume of the proceedings of the 31st edition of the International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, FAIM 2022, held on June 19 – 23, 2022, in Detroit, Michigan, USA. Covering four thematic areas including Manufacturing Processes, Machine Tools, Manufacturing Systems, and Enabling Technologies, it reports on advanced manufacturing processes, and innovative materials for 3D printing, applications of machine learning, artificial intelligence and mixed reality in various production sectors, as well as important issues in human-robot collaboration, including methods for improving safety. Contributions also cover strategies to improve quality control, supply chain management and training in the manufacturing industry, and methods supporting circular supply chain and sustainable manufacturing. All in all, this book provides academicians, engineers and professionals with extensive information on both scientific and industrial advances in the converging fields of manufacturing, production, and automation

Flexible Automation and Intelligent Manufacturing: The Human-Data-Technology Nexus

This is an open access book. It gathers the first volume of the proceedings of the 31st edition of the International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, FAIM 2022, held on June 19 – 23, 2022, in Detroit, Michigan, USA. Covering four thematic areas including Manufacturing Processes, Machine Tools, Manufacturing Systems, and Enabling Technologies, it reports on advanced manufacturing processes, and innovative materials for 3D printing, applications of machine learning, artificial intelligence and mixed reality in various production sectors, as well as important issues in human-robot collaboration, including methods for improving safety. Contributions also cover strategies to improve quality control, supply chain management and training in the manufacturing industry, and methods supporting circular supply chain and sustainable manufacturing. All in all, this book provides academicians, engineers and professionals with extensive information on both scientific and industrial advances in the converging fields of manufacturing, production, and automation

Practical considerations on proprioceptive tactile sensing for underactuated fingers

RÉSUMÉ: Les mécanismes sous-actionnés sont de plus en plus répandus dans les nouvelles mains robotisées, en raison notamment du désir de réduire la complexité et les coûts associés aux systèmes conventionnels pleinement actionnés. Avec le même objectif de réduire les coûts des composants nécessaires pour assurer un retour sensoriel, de nombreux auteurs ont travaillé sur la recherche de solutions de rechange aux capteurs tactiles externes. Cet article traite de l’une de ces méthodes, à savoir, la mesure tactile proprioceptive, spécifiquement conçue pour les doigts sous-actionnés. Une attention particulière est portée sur certaines considérations pratiques telles que l’impact de la courbure de l’objet saisi et la reconfiguration du doigt après le contact. En outre, l’analyse de leur influence sur la précision de l’algorithme est proposée. À cette fin, des simulations et des données expérimentales sont présentées pour différents scénarios de saisie. On montre que l’effet de la courbure locale reste limité par rapport à d’autres causes d’imprécision telles que le frottement dans le système. Il est également démontré que la reconfiguration, si elle se fait à l’intérieur de limites raisonnables, n’entraîne pas de variation significative sur l’estimation du point de contact. ---------- ABSTRACT: Underactuated mechanisms are becoming more prevalent in new robotic graspers, partly because of the desire to reduce the complexity and associated costs of conventional fully actuated systems. With the same objective of reducing the costs of the components needed to provide a sensory feedback, several authors have worked on finding alternatives to external tactile sensors. This paper is about one of these methods, namely proprioceptive tactile sensing, especially designed for underactuated fingers. It focuses on certain practical considerations, such as the impact of the curvature of the grasped object and the reconfiguration of the finger after the contact, and proposes the analysis of their influence on the precision of the algorithm. To this aim, simulations and experimental data are provided for different grasping scenarios. It is shown that the effect of local curvature remains limited compared with other causes of imprecision such as friction in the system. It is also demonstrated that the reconfiguration, if within reasonable limits, does not cause significant variations on the estimation of the contact location

Mesure tactile proprioceptive pour des doigts sous-actionnés

RÉSUMÉ La préhension et la manipulation d’objets par des robots deviennent de plus en plus répandues dans divers domaines, et ce, pour de multiples applications. L’utilisation de robots permet d’améliorer la répétabilité, la rapidité et la précision lors de certaines tâches, et ce, comparativement aux performances d’un opérateur humain. De plus, un robot peut également être conçu pour accomplir certaines tâches qu’une personne ne pourrait effectuer, que ce soit au niveau de la force nécessaire ou du manque d’espace pour manoeuvrer. Des robots peuvent également plus aisément fonctionner dans des environnements hostiles. Tout comme pour l’être humain, la rétroaction tactile est particulièrement utile et même inévitable pour effectuer certaines tâches. Il faut toutefois souligner qu’il s’agit d’un thème de recherche où l’on est encore bien loin d’avoir atteint les performances humaines. Pour s’en approcher, de nombreuses et diverses technologies de capteurs tactiles existent, mais chacune comporte ses défauts. Ainsi, bien qu’il existe actuellement des solutions technologiques pour donner une rétroaction sensorielle à un robot ou à son opérateur, ces dernières s’avèrent généralement coûteuses, présentent différents défauts au niveau de la sensibilité et ne sont pas toujours adaptées à certaines utilisations. Dans l’optique de trouver une alternative efficace aux technologies conventionnelles de détection et de mesure tactiles, la présente thèse se concentre sur la possibilité d’utiliser la raideur inhérente du mécanisme de transmission d’un doigt sous-actionné. En effet, les doigts et les mains sous-actionnés sont de plus en plus communément utilisés pour leur simplicité propre et leur capacité à saisir et à s’adapter à la forme d’objet de manière purement mécanique sans schéma de commande complexe ou de nombreux actionneurs. Contrairement aux mécanismes pleinement actionnés, les doigts sous-actionnés, communément appelés adaptatifs, comportent des éléments passifs pour contraindre leur mouvement avant le contact, tout en permettant d’obtenir une prise stable sans développer des forces de contact trop élevées initialement. Les doigts sous-actionnés étant généralement dépourvus d’actionneurs à l’intérieur du doigt lui-même, les seuls capteurs déjà présents sont typiquement situés à l’unique actionneur. Toutefois, en analysant et traitant en temps réel les données de ces capteurs internes, également appelés proprioceptifs, il est possible d’extraire une panoplie d’informations sur ce qui se passe au niveau des phalanges. Ce principe est donc utilisé pour obtenir des algorithmes de détection tactile pouvant être utilisés sur différents systèmes, tels qu’une pince compliante et un préhenseurs à membrures.----------ABSTRACT Robotic hands have become more and more prevalent in many fields. They have replaced human operators in many repetitive applications where robots become more precise and efficient. Moreover, robotic graspers can lift heavier loads and accomplish maneuvers a human could not. They can also manipulate objects in hostile environments where it would be dangerous for humans. Therefore, a lot of work has been done in recent years to improve their capabilities such as their speed, dexterity, strength, and versatility. However, current robotic manipulators lack the sensory feedback of their human counterparts. Indeed, haptic and tactile feedbacks are still very limited in current devices, which may be a problem, because tactile sensing is deemed nearly mandatory for a large number of applications. Conventional tactile sensors, which are usually applied on the external surface of a robot, are generally used, but they can also be costly, insensitive to some dynamic phenomena, and not adequate to some applications. To solve these issues, many authors have worked on finding alternatives to standard tactile sensors. This thesis fits in this current trend by focusing on the possibility of using the internal stiffness of underactuated fingers to design a virtual tactile sensor. This technique is referred to as proprioceptive tactile sensing. It is applied here to underactuated robotics fingers, which are becoming prevalent in many fields. Underactuated mechanisms, sometimes referred to as self-adaptive, are particularly interesting because of their intrinsic ability to mechanically adapt themselves to the shape of an object without complex control laws and as low as only one actuator. As they have by definition less actuators, they generally have no sensor in the finger’s mechanism itself. Instead of adding new sensors, it is possible to take advantage of the sensors already present, such as the ones at the actuator. Therefore, in this thesis, only data provided by sensors at the actuator is used. Since a oneto-one relationship exists between the contact location and the instantaneous stiffness of the mechanism, it is possible to compute one from the other. Therefore, with the measurements from sensors at the actuator, it is possible to estimate the point of contact. To this aim, a complete model is proposed and experimental data is provided. Different algorithms were tested successfully on a compliant biocompatible gripper and a 2-DOF linkage-driven finger. Finally, an optimization procedure is presented with the aim of finding the optimal parameters of the transmission mechanism to improve the sensitivity of the virtual tactile sensor. The data presented in this thesis demonstrate the robustness of the proposed proprioceptive tactile sensing (PTS) technique

Sensing and Control for Robust Grasping with Simple Hardware

Robots can move, see, and navigate in the real world outside carefully structured factories, but they cannot yet grasp and manipulate objects without human intervention. Two key barriers are the complexity of current approaches, which require complicated hardware or precise perception to function effectively, and the challenge of understanding system performance in a tractable manner given the wide range of factors that impact successful grasping. This thesis presents sensors and simple control algorithms that relax the requirements on robot hardware, and a framework to understand the capabilities and limitations of grasping systems.Engineering and Applied Science