Les compétences indispensables pour un projet robotique

Comment se lancer dans un projet de conception d’un robot mobile autonome ? Quelles sont les compétences nécessaires et comment s’articulent-elles ? Quels sont les contraintes et les points de vigilance ? 

Comme tout développement de produit, un projet robotique requiert beaucoup de précision et d’expertise pour mener à bien son développement. 

Nous vous avons réuni, dans cet article, nos connaissances et retours d’expérience pour optimiser au mieux un projet nécessitant un certain nombre de compétences. 

Destinés à fonctionner au plus proche des Hommes, les robots mobiles autonomes sont dotés de technologies de pointe qui permettent de se déplacer en totale autonomie, d’éviter les obstacles et d’interagir avec leur environnement. 

Grâce à leur flexibilité, ils peuvent être adoptés pour divers objectifs : accueillir, accompagner, servir, augmenter la productivité, améliorer la logistique… 

Pour réussir son intégration et apporter un réel gain de temps et d’efficacité, votre robot mobile se doit d’être fiable et sécurisé.

Alors, par où commencer pour entreprendre un projet robotique ? 

La conception d'un robot mobile repose sur 4 piliers clés : la mécanique, l'électronique, l'informatique et les mathématiques.  

Un projet regroupant un certain nombre de compétences peut s’avérer complexe. Pour les exploiter au mieux, notre conseil clé : créez du lien entre celles-ci. 

En effet, elles sont intimement liées pour garantir la viabilité de votre robot mais pas que... Créer une réelle dynamique entre elles vous permettra d'assurer le bon déroulement de votre projet, limiter les délais de conception ainsi que maîtriser votre budget. 

Pour faciliter ce travail de co-construction, il y a une étape à ne pas négliger : la définition des fonctions que doit remplir votre robot. 

Cette étape que nous appelons Think, vous permettra d’avoir une vision globale sur l’ensemble de votre projet et facilitera votre prise de décision quant au choix des éléments techniques. Nous vous invitons à découvrir notre approche dans cet article.

Enfin, partons du principe que votre projet est clair, cadré et que vous êtes prêt à vous lancer dans le développement de votre solution.

À partir de cela, vous pourrez réaliser une analyse fonctionnelle puis identifier sur quels périmètres les différents acteurs de votre projet pourront travailler.

Avant de commencer l’étape de conception et pour vous accompagner tout au long, nos experts en robotique vous ont concocté une checklist spéciale pour vous : 

Nos tops conseils pour réussir son projet en robotique ✅

⭐ Co-construire votre robot. Chacun des métiers qui vont intervenir doivent apprendre du contexte de l'autre afin de fusionner toutes vos compétences et d'en tirer le meilleur parti. Concrètement, construisez les phases de développement en prévoyant des temps de synchronisation entre les différentes équipes métier et prévoyez un leader projet soucieux de faire le lien entre les différentes expertises, comme un chef d'orchestre. 

⭐ Être conscient.e de ses faiblesses. Mener un projet robotique nécessite un certain niveau de compétences, de connaissances et d'équipements. Pour chaque élément de votre projet, assurez-vous de disposer des ressources nécessaires. Identifier vos points forts et points faibles en amont, permet d'éviter qu'un point faible ait de répercussions négatives sur votre projet. N'hésitez pas à vous entourer de regards extérieurs si besoin. 

⭐ Utiliser la méthode Kiss -> Keep it simple, stupid. Favorisez la simplicité tout au long de votre travail de conception afin d'éviter les complexités non-indispensables qui risquent d'être source d'erreur, de difficultés d'utilisation, de coûts et de maintenance. Par exemple, dans le cas des fonctionnalités, on a tendance à croire que plus notre produit en possède, plus il sera adopté par les utilisateurs. Or, cela va plutôt rendre son utilisation difficile. Si le concept de base de votre produit ne marche pas, retravaillez-le plutôt que d’ajouter de nouvelles fonctionnalités. 

⭐ Prendre en compte son environnement. Pour que votre robot mobile autonome soit efficace et ne représente pas de danger, vous devrez, tout au long du projet, orienter vos choix en fonction de l'environnement dans lequel il va évoluer. Avant de vous lancer dans la conception, cartographiez les différentes contraintes auxquelles vous devrez répondre (normes, sécurité, usage, ergonomie etc…). Par exemple, si votre robot est destiné à évoluer dans le milieu médical, il devra être conforme avec des normes réglementaires et cliniques strictes, répondre à des enjeux de sécurité majeurs ainsi que ne pas perturber les signaux des autres équipements présents. 

Il devra également ne pas perturber les signaux du matériel présent dans son milieu. Ainsi que ne pas représenter de danger pour les patients et le personnel médical. 

Vous pouvez télécharger cette check-list afin de la garder en tête : ici. 

Maintenant... Passons à l'étape que vous attendez avec impatience et découvrons les compétences clé pour concevoir votre robot mobile ainsi que des exemples inspirants de robots mobiles et innovants ! 

1. La mécanique 

Comment votre idée va-t-elle se matérialiser sous forme physique ? À quoi votre robot va-t-il ressembler et comment va-t-il pouvoir assurer ses fonctions ? C’est le rôle de la mécanique de répondre à ces questions. 

En fonction des besoins identifiés, il faut définir les solutions et les briques technologiques nécessaires à la fabrication de votre prototype. 

Une fois l’architecture créée, vient le moment de la modélisation de votre robot mobile autonome. 

Le conception mécanique englobe plusieurs éléments tels que : la structure de votre robot, les actionneurs, les capteurs, les IHM (Interfaces Homme-Machine) ou encore les coques plastiques esthétiques. 

Ces éléments doivent être minutieusement définis pour le bon fonctionnement de votre produit.

Comment choisir les éléments techniques de votre robot ?

Véritable squelette de votre robot, l'architecture se doit d'être fiable pour permettre au robot de tenir droit, se déplacer correctement et répondre aux fonctions qui lui sont demandées. 

De plus, votre robot est destiné à intervenir dans un milieu industriel ou humain. Il doit donc s'adapter au mieux à son environnement et ne pas représenter de risques de sécurité. 

Le choix des éléments techniques de votre robot repose donc sur plusieurs critères : 

• Ses fonctionnalités : À quelles fonctions mon robot doit-il répondre ? Comment va-t-il remplir sa fonction principale tout en prenant en compte son environnement ?
• Son environnement : Dans quelles conditions va t-il évoluer ? (milieu humide, proche d'une source de chaleur, terrain avec obstacles...) 
• Ses dimensions : Quelles sont les dimensions que je dois respecter et qui vont permettre de le stabiliser ? 
• Son poids : Quel impact a son poids sur sa stabilité et sa façon de se déplacer ? 
• Ses performances : Quelle vitesse doit-il atteindre ? Quelle charge peut-il transporter ? Quelle sera son autonomie ? 
• La sécurité : Comment utiliser mon robot en toute sécurité ? Quelles sont les contraintes de sécurité que je dois respecter ? 

Tout au long de vos choix, gardez en tête le coût global de votre projet. 

Afin d’arriver à un prix compétitif, une étude sur les prix est nécessaire. 

Cette étude peut prendre en compte différents facteurs tels que : les process utilisés, le choix des fournisseurs, le choix des matériaux ainsi que de leur quantité, le coût des outillages etc… 

L’étude de ces coûts va venir vous guider dans vos choix et dans la sélection des éléments techniques qui vont constituer votre robot.

💡Zoom inspirant : Les robots de manutention intelligents de Balyo

L'entreprise française Balyo, s’est spécialisée dans la robotisation de chariots de manutention standard. Équipés de capteurs de perception et robotisés via un algorithme de localisation, l'entreprise transforme ces chariots en robots autonomes capables d'évoluer dans les centres de logistiques en toute sécurité. 

2. L'électronique

La partie Hardware de votre projet robotique se décompose en deux partie : l'assemblage des composants électroniques et la conception de la carte électronique à partir de ces différents composants.

Étape minutieuse de la conception, elle comporte plusieurs enjeux : 

• La gestion de l'énergie : Votre robot doit avoir une autonomie suffisante pour ensuite alimenter les moteurs et capteurs nécessaires aux fonctionnalités de votre robot. 
• Le système de communication : Votre robot doit pouvoir communiquer à distance, il faut pour cela définir le système de communication que vous allez utiliser pour assurer son autonomie. 
• L'intégrité du signal : Il faut s'assurer que les signaux que va recevoir votre robot ne soient pas perturbés. Tout doit fonctionner ensemble et en même temps, et cela encore plus si votre robot est destiné à être dans un milieu industriel.  

Durant la conception de votre robot, le choix de l'alimentation de votre robot n'est pas à prendre à la légère. En effet, l'alimentation est le cœur de votre robot, sans cela il ne fonctionne pas. 

Pour définir la source d'alimentation, identifiez si votre robot mobile est destiné à être autonome ou sur secteur et comment il va se recharger. 

Pour choisir sa batterie, il faut prendre en compte : la capacité, la tension, l’intensité, le volume, la puissance etc... La place restante et les dimensions imposées vont aussi être déterminantes pour le choix du type de batterie à adopter.

Quelques questions à se poser pour sélectionner au mieux les composants : 

• Comment les composants vont-ils communiquer entre eux ? 
• Le niveau de tension est-il bon ? 
• Les moyens de communication sont-ils compatibles ? 

💡Zoom inspirant : Les véhicules agricoles autonomes d’Exxact Robotics

Exxact Robotics, filiale d’Exel Industries, a pour vocation de répondre aux problématiques spécifiques à la viticulture ainsi qu’aux activités de grandes cultures grâce à ses véhicules autonomes agricoles. Pilotés par un boîtier de commande couplé à un smartphone, les enjambeurs se déplacent de manière autonome et sont capables de réaliser des travaux de sol et de pulvérisation, notamment, sur des zones difficiles d’accès telles que des vignes étroites. 

3. Software 

Le système embarqué de votre robot est le facteur qui va venir animer votre robot, on peut l'appeler le cerveau de votre produit. Il permet à votre robot de fonctionner et surtout de le faire évoluer à l'infini. 

En effet, votre logiciel embarqué doit répondre à plusieurs objectifs : 

• Assurer que votre robot réalise les fonctions demandées 
• Être conforme aux enjeux et normes de cybersécurité
• Permettre d'effectuer des mises à jour à distance et d'évoluer 
• Enregistrer et collecter les données 
• Identifier les périphériques qui vont se connecter à votre robot et permettre leur communication
• Traiter les informations avec les utilisateurs (l'appui sur un bouton, l'allumage d'un voyant etc...) 

Afin de déterminer la structure globale de votre logiciel, vous devez partir du besoin des utilisateurs tout en prenant en compte les composants hardwares sélectionnés préalablement. 

Pour réussir la conception de votre système embarqué, il faut garder en tête l’architecture de votre robot mobile ainsi que les fonctionnalités qui sont attendues. 

Avant de se lancer dans des frameworks complexes, votre logiciel doit être en capacité de piloter votre robot ainsi que les informations issues des capteurs.   

Voici quelques questions à se poser pour vous orienter dans le choix des éléments firmware : 

• À quelles fonctionnalités doit répondre mon robot ? 
• Quelle est la source d’alimentation de mon robot ? Est-il autonome ou sur secteur ?
• Comment est-ce que je souhaite centraliser les données remontées ? 
• Est-ce que je souhaite faire de l'intelligence artificielle ? Ou du traitement d'images ou de vidéos ?
• De quelles compétences en interne je dispose (langage, OS / stack technique…) pour maintenir mon système embarqué et le faire évoluer à l’avenir ?

Nous vous invitons, notamment, à lire cet article pour vous accompagner dans le choix des solutions qui vont construire votre logiciel embarqué. 

💡Zoom inspirant : Skypods, les robots grimpeurs d'Exotec

1ère licorne industrielle Française, Exotec a réalisé une réussite technologique avec les robots Skypods. Ils permettent un déplacement en 3D dans les entrepôts grâce à leur logiciel de gestion Astar qui les guide dans leur déplacement et priorisation des commandes en temps réel. 

4. Les mathématiques 

Les modèles mathématiques viennent nourrir le code utilisé pour programmer votre robot et donc lui fournir les instructions dont il a besoin afin de réaliser les tâches qui lui sont demandées. 

Au-delà du développement, les mathématiques vont permettre la conception d’algorithmes et de règles d’automates nécessaires à son bon fonctionnement, par exemple : 

• Comment le robot identifie l’environnement qui l’entoure et prend des décisions ? 

• Comment va-t-il piloter finement ses actionneurs pour réaliser exactement les mouvements voulus tout en prenant en compte les imprécisions de ses capteurs, l’aléatoire de son environnement ou encore des perturbations diverses ? 

Il existe différents langages de programmation qui sont utilisés pour alimenter le code, par exemple : JavaScript, Python, C et C++ et Matlab.

💡Zoom inspirant : Buddy, le robot personnel intelligent de Blue Frog Robotics

L’un des acteurs majeurs de la robotique sociale en Europe, Blue Frog Robotics a conçu Buddy, le robot Compagnon Émotionnel. Conçu pour interagir avec les humains, sa plateforme ouverte et évolutive grâce à ses outils de développement, Buddy intervient dans de nombreux cas d’usages. Véritable compagnon au quotidien, il est capable d’assister, accueillir, éduquer ou même divertir ceux qui l’entourent.

Votre robot est-il viable ?

Votre objectif n°1 : Garantir la viabilité de votre robot.

Maintenant, que vous connaissez l'importance des 4 compétences nécessaires à la viabilité de votre robot, assurez-vous de bien les faire communiquer entre elles et de créer une réelle fusion. 

Pour que votre robot soit efficace et évolue de façon optimale dans son environnement, le choix de ses éléments techniques et de leur façon de communiquer ne doit pas être choisi au hasard. Au risque d'avoir de réels impacts sur la sécurité et son efficacité. 

Il faut également intégrer dans votre phase de conception la prise en compte des normes à respecter, celles-ci vont s’appliquer selon l’environnement dans lequel il va évoluer ainsi que les personnes avec qui il sera amené à interagir.

Tout au long du projet, réalisez des tests. Ils vont venir sécuriser votre projet, affiner vos choix, et vous guider dans la bonne direction. Tester, c'est la clé ! 

Puis comme nous avons pu le voir, un projet robotique requiert de nombreux métiers différents, n'hésitez pas à compléter vos compétences et à vous faire accompagner.

Nous vous invitons notamment à découvrir notre article : Comment sécuriser l'externalisation d'un projet innovant ?