Etude de cas dutilisateur :
Maple améliore la qualité de vie des personnes à mobilité réduite au niveau de la partie supérieure du corps

Kinova Robotics conçoit et fabrique des robots novateurs destinés à lassistance personnelle et pour les fonctions de service. Son bras robotisé phare JACO, qui en est aujourdhui à sa deuxième génération, améliore le confort de vie des personnes à mobilité réduite au niveau de la partie supérieure du corps en leur permettant daccomplir leurs tâches quotidiennes en toute sécurité et autonomie. Maple™, le produit phare Maplesoft de calcul technique et de documentation, a été utilisé par les ingénieurs de Kinova pour calculer et gérer les équations matricielles complexes qui sont à la base des algorithmes avancés de contrôle du bras robotisé JACO, qui permettent un service de fonctionnalité accrue.

JACO est doté de six sections imbriquées, dont la dernière constitue une main à trois doigts, et opérant à 6 degrés de liberté. Dune portée de 90 cm, le bras peut être monté sur un fauteuil roulant motorisé ou un socle fixe. A laide dun joystick, lutilisateur déplace la main du robot dans lespace tridimensionnel afin de saisir et libérer des objets à la demande, et accomplir les tâches habituelles.

Léquipe Algorithmes et Contrôle Robotiques de Kinova était confrontée à un défi de taille posé par la conception du contrôleur du bras. Pour garantir le fonctionnement sécurisé du bras robotisé, elle avait besoin de concevoir des algorithmes avancés comportant de grandes équations matricielles pour calculer la cinématique et les forces exercées sur le bras.

Difficulté supplémentaire, ces calculs effectués par un microcontrôleur doivent être exécutés de façon répétitive, à intervalles courts. Les algorithmes doivent par conséquent être constamment réactualisés à un rythme rapide, ce qui crée une très grande matrice déquations trigonométriques simultanées.

Cest le type de défi mathématique où Maple savère excellent. Grâce au moteur de calcul symbolique hautes performances de Maple, vous pouvez décrire, visualiser et résoudre des problèmes mathématiques complexes. Maple dispose dalgorithmes et doutils efficaces pour effectuer des calculs hautes performances et résoudre des problèmes à grande échelle, qui sont hors de portée des autres logiciels systèmes.

« Nous avions besoin dun logiciel réputé pour sa robustesse, capable de gérer de grandes équations et des calculs matriciels, et de fournir des solutions symboliques. Et, surtout, il nous fallait un logiciel très intuitif à utiliser. Maple était loutil parfait répondant à ces exigences », explique Dr Alexandre Lecours, Responsable Projet de léquipe Algorithmes et Contrôle Robotiques.

A laide de Maple, léquipe sest employée à définir le problème et à créer un programme pour le résoudre. La première étape consistait à définir les différents les paramètres dentrée du programme, parmi lesquels le nombre de liaisons, leurs longueurs et les angles articulaires. Une fois les rapports entre ces variables définis, léquipe était à même de créer un système déquations trigonométriques représentant le problème à résoudre.



Léquipe a ensuite fait appel au moteur de calcul symbolique de Maple pour analyser et simplifier ces équations afin de générer la fonction de sortie, qui calcule la position de la main.

Cette fonction de sortie optimisée, toujours sous sa forme symbolique, a alors été convertie en code C++ utilisable pour la simulation et le contrôleur embarqué du bras. Dr. Alexandre Lecours explique les raisons de cette démarche : « Nous aurions pu effectuer les calculs directement en C++. Cependant, un certain nombre de calculs dans les matrices auraient eu pour effet une multiplication par zéro. Maple nous a permis de les évaluer à lavance et de les exclure, afin dobtenir un ensemble déquations réduit tout en effectuant moins de calculs ».

Dans la mesure où ces calculs sont effectués constamment lors de toute modification apportée par lun ou lautre des moteurs en fonction des déplacements du bras robotisé, le fait davoir le code dans sa forme la plus optimisée assure au contrôleur un fonctionnement plus efficace. En éliminant les branches nulles des calculs, le contrôleur est en mesure de déterminer plus rapidement la position de la main, assurant ainsi une commande plus précise et un meilleur confort à lutilisateur.

Le Dr. Alexandre Lecours et ses collègues utilisent toujours Maple pour développer des contrôleurs embarqués destinés à dautres produits robotisés. « Il nexistait aucun autre logiciel pouvant nous aider à résoudre ce problème symboliquement », conclut-il. « Non seulement Maple était intuitif à utiliser, mais le code Maple était aussi beaucoup plus facile à comprendre que le code C++. Nous avons pu ainsi développer et déboguer rapidement notre produit tout en réduisant sensiblement notre temps de développement ».

Picking up a bottle with brain power

Caltec implant allows paralyzed man to move a robotic arm using his imagination. Paralyzed from the neck down after suffering a gunshot wound, Erik Sorto is the first person in the world to have a neural prosthetic device implanted in a region of the brain where initial intentions to make a movement are formed.Hear more on Science in Action from the BBC http://bbc.in/1FAQScD

Posted by BBC Science News on Thursday, May 21, 2015

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