Ce défi recherche des solutions innovatrices afin d'améliorer l'intéraction des robots avec des humains ou un environnement avec des conditions variables.
Promoteur du défi : Conseil national de recherche du Canada (CNRC)
Mécanisme de financement : contrat
Date d'ouverture : 23 novembre 2018
Date de clôture : 14 janvier 2019, 14:00 Heure normale de l'Est (HNE)
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Défi
Énoncé du problème
Le CNRC fait de la recherche et du développement dans le domaine de l'interaction humain-machine, appliqué aux tâches collaboratives humain-robot en fabrication et aux systèmes mobiles autonomes. Pour ce faire, le CNRC a besoin d'un mécanisme permettant au robot d'appliquer la force adéquate, ni plus, ni moins. Un robot qui interagit avec des objets ou un humain faisant partie de son environnement par le biais d'un contact doit pouvoir appliquer des forces et couples adéquats, et doit aussi pouvoir les adapter en présence de conditions qui évoluent dans le temps de manière stable et sécuritaire. Par exemple, un robot qui casse un œuf doit pouvoir moduler son comportement afin de ne pas affecter l'intégralité de l'œuf une fois la coquille brisée. De façon similaire, un robot appliquant une force sur un bras humain doit pouvoir maintenir cette force tout en accommodant d'éventuels mouvements du bras. Cette problématique est au cœur de recherches considérables en robotique et constitue l'état de l'art que ce soit au niveau d'applications industrielles ou d'interactions physiques humain-machine.
Bien que des algorithmes de commande existent pour adresser cette problématique, leur implémentation sur un système physique requiert que la portion mécanique du système (articulations et membrures) soit aussi libre d'effets non désirables (p. ex. friction, élasticité et vibrations) que possible. Ces effets peuvent sévèrement limiter la performance et la sécurité du système en introduisant des éléments indésirables, créant ainsi des considérations et une complexité additionnelles durant les étapes de conception et d'implémentation. Ce défi recherche donc un système permettant à un robot d'appliquer des forces et couples adéquats lors d'interactions avec un humain ou son environnement.
Résultats souhaités et éléments à considérer
Les éléments suivants constituent un survol des caractéristiques désirées de la solution répondant à ce défi.
Résultats souhaités essentiels
Les solutions proposées doivent :
- Permettre à une structure mécanique articulée ayant au moins 3 degrés de liberté d'appliquer un contact et un moment sur une surface, d'adapter ce contact en fonction des changements de conditions sur la surface et d'effectuer des mouvements tout en maintenant le contact prescrit.
- Être disponible dans un format compact, de façon à pouvoir facilement actionner une articulation de rotation robotique. À titre purement indicatif, un rapport longueur/largeur/profondeur aux alentours de «1» serait approprié. Par exemple, une première conception pourrait avoir une dimension de 10cmX10cmX10cm.
- Permettre l'intégration de contrôleurs externes, expérimentaux ou commerciaux en fournissant une interface standard, p. ex. via une unité de contrôle électronique de type «servo drive».
- Minimiser les effets attribuables entre autres à l'élasticité (déflexions < 1 mm à l'effecteur, vibrations > 20 Hz), à la friction, au jeu dans les différentes composantes par le biais d'une conception innovatrice et de pointe. La minimisation de ces effets doit provenir de la mécanique du système. Dans le cas où la solution comprend une portion asservie, la performance sera démontrable à l'aide de composantes disponibles commercialement.
Résultats souhaités additionnels
Les solutions proposées devraient :
- Être facilement évolutive, pouvant ainsi permettre la génération de forces ou de couples sur des plages variées selon le type d'application désirée. 3 niveaux de couples nominaux à la sortie sont suggérés soient:
- 2 Nm
- 10 Nm
- 30 Nm
- Être robuste aux changements abrupts de force/couple, résultant par exemple d'impacts lors d'un contact avec une vitesse non négligeable (> 0.1 m/s) ou bien d'arrêts d'urgence.
Historique et contexte
Faisant partie du Centre de recherches en aérospatiale du CNRC, le groupe d'automatisation et robotique du centre de technologies de fabrication en aérospatiale effectue des travaux de recherche et développement dans le domaine de l'interaction humain-machine, appliqués aux tâches collaboratives humain-robot en fabrication et aux systèmes mobiles autonomes. Pour ces deux domaines, il est requis de pouvoir contrôler les forces appliquées incluant une rétroaction à l'usager ainsi qu'un contrôle de la dynamique du système pour fins de stabilité/performance, p. ex. minimisation des vibrations, et afin de pouvoir fournir de l'information additionnelle sur l'environnement, p. ex. proximité d'éventuels obstacles à l'aide de champs de force.
Bien que plusieurs approches soient présentement à l'étude, leur implémentation sur un montage physique et limitée en grande partie par la performance des actionneurs impliqués. Afin de pouvoir fournir les efforts requis dans un format compact et léger, utilisable dans un contexte de robotique collaborative ou de robots avec un rapport charge utile/poids élevé, des réducteurs harmoniques sont typiquement utilisés, constituant l'état de l'industrie de nos jours. Toutefois, le compromis résultant en la génération de rapports de couple élevés dans un format compact introduit des effets d'élasticité, de vibrations et de friction qui limitent la performance globale du système et peut compromettre sa stabilité en introduisant des éléments dynamiques qui sont reconnus comme étant difficiles à traiter. De plus les applications impliquant du contact avec l'environnement (incluant les humains) et les arrêts répétés qui y sont associés ont été rapportés comme étant néfastes pour les réducteurs harmoniques, ayant un effet négatif sur la performance et pouvant les abimer à la longue. Bien que de bons résultats puissent être obtenus quand le système est en mouvement libre, l'exécution de tâches de contact doit souvent être réalisée dans un environnement bien connu, dans des conditions non optimales telles qu'à basse vitesse. Une solution pouvant générer un couple élevé à la sortie dans un format compact sans introduire les effets mentionnés ci-haut augmenterait la performance du système en permettant l'application et le rendu d'une plus grande plage de forces, ce qui rend le système
Valeur maximale et déplacement
Valeur maximale du marché
Ce défi peut amener la création de plusieurs contrats.
Le financement maximal pour tout contrat de la phase I découlant de ce défi est de 150 000,00 $ CAD (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s'il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à six mois.
Le financement maximal pour tout contrat de la phase 2 découlant de ce défi est de 700 000,00 $ CAD (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s'il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à deux ans. Seules les entreprises admissibles qui ont complété la phase 1 avec succès seront prises en considération dans le cadre de la phase 2.
La divulgation de l'estimation du financement disponible est faite de bonne foi et n'engage aucunement le Canada à payer cette somme.
Déplacements :
Pour la phase 1, il est prévu que jusqu'à deux réunions pourraient exiger que le(s) candidat(s) retenu(s) se déplace(nt) aux endroits ci-dessous :
Rencontre de démarrage : Montréal, Qc
Rapport Final : Montréal, Qc
Toutes les autres communications devraient avoir lieu par téléphone ou par vidéoconférence.
Admissibilité
Les propositions de solutions peuvent uniquement être présentées par une petite entreprise qui satisfait aux critères suivants :
- être à but lucratif
- être constituée au Canada (au fédéral ou au provincial)
- compter au plus 499 employés équivalent temps plein (ETP)Note de bas de page *
- mener des activités de recherche-développement au Canada
- verser présentement au moins 50 % de ses salaires, rémunérations et honoraires annuels à des employés et à des entrepreneurs qui passent la majeure partie de leurs heures de travail au CanadaNote de bas de page *
- compter au moins 50 % de ses employés ETP dont le lieu de travail habituel est au CanadaNote de bas de page *
- compter au moins 50 % de ses cadres supérieurs (vice-président ou niveaux supérieurs) dont la résidence principale est au CanadaNote de bas de page *
Guide de présentation d'une demande ou d'une soumission
Critères d'évaluation
Partie 1 : Critères obligatoires et note minimale de passage
Pour être jugées recevables et passer à la partie 2, les propositions doivent satisfaire à tous les critères obligatoires (Questions 1a et 2) et obtenir la note minimale de passage à la Question 3.
| Question | Schéma d'évaluation |
|---|---|
1a. Portée Décrivez la solution que vous proposez et la manière dont elle relève le défi. Veuillez inclure dans votre description les bases scientifiques et technologiques sur lesquelles repose la solution que vous proposez, et indiquez clairement en quoi votre solution permet d'atteindre tous les résultats souhaités essentiels visés (le cas échéant) dans la section Résultats souhaités et éléments à considérer de l'avis de défi. | Obligatoire - réussite/échec Réussite Échec |
2. Niveau de maturité technologique (NMT) actuel
| Obligatoire - réussite/échec Réussite : Le demandeur/soumissionnaire a démontré que la solution proposée se situe actuellement entre les niveaux NMT 1 et NMT 4 (inclusivement), cela étant justifié par une explication des activités de recherche et développement (R et D) qui ont été réalisées pour amener la solution au NMT indiqué. Échec : Le demandeur/soumissionnaire n'a pas fourni la preuve suffisante pour démontrer que sa solution actuelle se situait entre les niveaux NMT 1 et NMT 4 (inclusivement), notamment :
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3. Innovation Décrivez le caractère novateur de votre solution et la façon dont elle fait progresser l'état des connaissances par rapport aux technologies existantes, y compris les solutions concurrentes. | Critères cotés avec note minimale de passage La note minimale de passage pour ce critère est 4 points. 0 point/échec : Le demandeur/soumissionnaire n'a pas démontré que la solution proposée fait progresser l'état des connaissances par rapport aux technologies existantes, y compris les solutions concurrentes; OU Les avancées énoncées sont décrites de manière générale, mais ne sont pas étayées par des preuves précises et mesurables. 4 points
6 points
8 points
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Partie 2 : Critères cotés
Les propositions qui n'obtiennent pas la note de passage globale, soit un minimum de 55 points sur 110 (50 %), seront jugées non recevables et cesseront d'être prises en considération.
La note minimale globale se calcule en additionnant les notes obtenues par le demandeur/soumissionnaire pour les questions suivantes (1b, 3 et de 4 à 12).
| Question | Schéma d'évaluation |
|---|---|
1b. Portée Décrivez en quoi la solution que vous proposez permet d'atteindre les résultats souhaités supplémentaires (le cas échéant) indiqués dans la section Résultats souhaités et éléments à considérer de l'avis de défi. Si rien n'est indiqué sous « Résultats supplémentaires » dans l'avis de défi, les demandeurs/soumissionnaires recevront 10 points |
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4. Risques scientifiques et technologiques de la Phase 1 Indiquez les risques scientifiques et technologiques potentiels relatifs à l'élaboration de la validation de principe, et la manière dont ces risques seront atténués dans la phase 1. |
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5. Avantages pour le Canada Décrivez les avantages qui pourraient découler de la réussite du développement de votre solution. Les demandeurs/soumissionnaires sont invités à prendre en compte les avantages éventuels selon les trois catégories suivantes :
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6. Plan du projet de la phase 1 Remplissez ce tableau afin de démontrer la faisabilité du plan de projet de la phase 1. Inclure :
Remarque : La phase 1 ne peut dépasser 6 mois et le NMT 4. |
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7. Risques du projet de la phase 1 Indiquez les risques potentiels du projet (p. ex., ressources humaines, finances, gestion de projet, etc.) relatifs à l'élaboration de la validation de principe, et la manière dont ces risques seront atténués. |
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8. Équipe de mise en œuvre de la phase 1 Remplissez ce tableau pour démontrer que l'équipe de mise en œuvre de votre projet possède l'expérience et les compétences requises en matière de gestion et de technologie pour exécuter le plan de projet de la phase 1. Un membre de l'équipe de mise en œuvre peut avoir plus d'un rôle. Précisez les taux de rémunération et le niveau d'effort de chaque membre de l'équipe. Les taux de rémunération et les niveaux d'effort seront examinés dans le cadre de l'évaluation de la question 10. |
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9. Inclusivité Si votre entreprise devait obtenir un financement de Solutions innovatrices Canada, décrivez les mesures que vous pourriez prendre à la Phase 1 (p. ex., stratégie de recrutement, stages, étudiants d'un programme coopératif, etc.) pour favoriser la participation des groupes sous-représentés (p. ex., femmes, jeunes, personnes handicapées, Autochtones, minorités visibles) dans les activités de recherche et développement de la solution proposée. |
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10. Proposition financière de la Phase 1 Remplissez ce tableau afin de démontrer que la proposition financière liée au plan de projet de la phase 1 est réaliste. |
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11. Contrôles financiers, suivi et surveillance des finances de la phase Décrivez les contrôles financiers, de même que le suivi et la surveillance qui serviront à gérer les fonds publics au cours de la phase 1. . |
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12. Stratégie de la phase 2 Décrivez une stratégie réaliste pour le développement du prototype si votre entreprise était sélectionnée pour la phase 2. Votre réponse devrait comprendre ce qui suit :
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13. Approche de commercialisation Décrivez votre approche de commercialisation globale pour la solution proposée. À inclure dans la réponse :
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Questions et réponses
Pour ce défi, s'il vous plait vous vous référer à l'appel d'offres sur Achats et ventes.
Toutes les questions concernant un défi en particulier seront affichées ici avec la réponse correspondante.
Si vous avez une question à propos d'un défi, veuillez l'envoyer à ISED-ISDE@canada.ca.
Vous pouvez également consulter la Foire aux questions sur le programme Solutions innovatrices Canada.
Un lexique est aussi disponible.