Système de capteurs de proximité pour la robotique spatiale

******* Correction à la modification 004 *******
la date de fermeture de ce défi au 28 octobre 2022 à 14:00 HAE
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Modification 004 - Une pièce jointe a été ajoutée afin de prolonger la date de fermeture de ce défi au 28 octobre 2022 à 14:00 HNE

Modification 003 - Une pièce jointe a été ajoutée afin de prolonger la date de fermeture de ce défi au 21 octobre 2022 à 14:00 HNE

La modification 002 est émise pour ajouter des détails sur les exigences relatives à la sécurité, mettre à jour le lien vers le manuel de sécurité des contrats et ajouter la liste de vérification des exigences relatives à la sécurité en tant que document joint, annexe C

Avant l'attribution d'un contrat, les conditions suivantes doivent être respectées

a) le soumissionnaire doit détenir une attestation de sécurité d’organisme valable tel qu’indiqué.

b) les personnes proposées par le soumissionnaire et qui doivent avoir accès à des informations ou à des biens à caractère protégé ou classifié ou à des établissements de travail dont l'accès est réglementé doivent répondre aux exigences de sécurité

c) le soumissionnaire doit fournir le nom de tous les individus qui devront avoir accès à des renseignements ou à des biens de nature protégée ou classifiée ou à des établissements de travail dont l'accès est réglementé;

Voir le manuel de sécurité des contrats pour plus d'informations - Manuel de la sécurité des contrats - Exigences de sécurité des contrats du gouvernement du Canada – Filtrage de sécurité - Sécurité nationale - Sécurité nationale et défense – Canada.ca (tpsgc-pwgsc.gc.ca)

Modification 001 - Une pièce jointe a été ajoutée. Le document comprend des questions et des réponses liées au défi.

Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (003) du programme Solutions innovatrices Canada (SIC) (EN578-20ISC3). Pour obtenir des renseignements généraux sur le SIC, les soumissionnaires peuvent visiter le site Web du SIC à cet effet.

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lisez ce défi

Étape 2 : lisez l’appel de propositions

Étape 3 : proposez votre solution ici

Titre du défi : Système de capteurs de proximité pour la robotique spatiale

PROMOTEUR DU DÉFI : Agence spatiale canadienne (ASC)

Méchanisme de financement : contrat

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

De multiples contrats pourraient résulter de ce défi.

Phase 1 :

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de : 150 000 $ CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de déplacement et de subsistance, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de 6 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).
• Estimation du nombre de contrats de la phase 1 : 2

Phase 2 :

N.B.: Seulement les entreprises qui auront complété avec succès la Phase 1 seront invitées à soumettre une proposition pour la Phase 2.

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de : 1 000 000 CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de voyage et de séjour, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de 24 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).

• Estimation du nombre de contrats de la phase 2 : 1

Le fait de divulguer l'estimation du financement disponible n'engage aucunement le Canada à payer cette somme. Les décisions finales sur le nombre de bourses des phases 1 et 2 seront prises par le Canada en fonction de facteurs tels que les résultats de l'évaluation, les priorités ministérielles et la disponibilité des fonds.

N.B.: les entreprises sélectionnées peuvent recevoir un contrat par phase, par défi. 

Déplacements 

Lors de la Phase 1, un soumissionnaire retenu pourrait devoir se déplacer à l’Agence spatiale canadienne, Longueuil (Québec), pour la réunion d’examen final.

Réunion de lancement

Téléconférence/videoconference

Réunions d'étape

Téléconférence/videoconference

Réunion d’examen final

Par téléconférence ou vidéoconférence, ou Longueuil (Québec)

Les autres communications pourront se faire par téléphone, ou par vidéoconférence.

Sommaire du problème

L’Agence spatiale canadienne (ASC) recherche une solution visant à empêcher les collisions par la détection de proximité afin de simplifier la sécurité des opérations autonomes des manipulateurs spatiaux.

Énoncé du problème

L’exécution de trajectoires autonomes sans collision dans un environnement dynamique et incertain est un problème important que l’ASC cherche à résoudre afin d’augmenter l’autonomie du système robotique pour les futures missions spatiales. Les systèmes robotiques fonctionnent sur des infrastructures spatiales ou dans d’autres environnements où les collisions peuvent potentiellement être catastrophiques. Les futurs systèmes spatiaux devront avoir une plus grande autonomie afin d’être moins dépendants des communications avec les stations au sol et de réduire la charge de travail de l’équipage.

Un système de capteurs de proximité est envisagé pour fournir une couche de commande de sécurité au manipulateur spatial. Le système détermine automatiquement en temps réel que le mouvement peut se poursuivre en toute sécurité en détectant que l’espace à proximité est libre de toute structure inattendue. Cela permet au manipulateur spatial de fonctionner de manière autonome dans un environnement partiellement organisé avec un risque minimal de collision. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d’améliorer les technologies de détection de proximité en ce qui a trait à la masse, la puissance, le volume, la résolution et le champ de couverture.

Résultats souhaites et éléments à considérer

Résultats essentiels (obligatoires)

La solution proposée doit :

1. Fonctionner de manière autonome, dans un environnement spatial en s’appuyant sur un procédé embarqué en temps réel.
2. Utiliser une méthode de détection de proximité reposant sur un ou plusieurs capteurs intégrés dans un manipulateur spatial existant, ou pouvant facilement être ajoutés ou intégrés dans le système du manipulateur sans affecter de façon significative la conception du manipulateur ou le budget de puissance.
3. Être une solution sans contact;
4. Fournir un avertissement de proximité lorsque des objets se trouvent à moins de 10 cm du manipulateur ou de la charge utile.
5. Avoir une portée de détection d’au moins 25 cm.
6. Avoir une résolution d’au moins 1 cm.
7. Avoir une précision d’au moins 1 cm.
8. Avoir une distance de détection minimale d’au plus 2 cm.
9. Avoir un champ de vision qui englobe l’effecteur et le poignet.
10. Avoir une fréquence de mise à jour d’au moins 2 Hz.
11. Avoir une masse totale inférieure à 9 kg.
12. Ne pas dépasser la surface du manipulateur de plus de 1 cm.
13. Avoir un taux de faux positifs de 2 % ou moins et un taux de faux négatifs de 1 % ou moins.

Résultats souhaités supplémentaires

Les solutions proposées devraient :

1. Avoir une portée de détection de 1 m.
2. Avoir une distance de détection minimale de 1 cm.
3. Consommer moins de 60 W au total (provenant d’une source externe, par bras pour les systèmes robotiques à deux bras).
4. Être en mesure de recueillir des renseignements additionnels en temps quasi réel sur les obstacles (par exemple, la taille, la forme, la vitesse relative, etc.) afin d’améliorer la capacité du système robotique à prédire les collisions et éventuellement à replanifier le mouvement.

Historique et contexte

Il est essentiel qu’un robot manipulateur d’entretien spatial n’entre pas en contact involontaire pendant les opérations pour plusieurs raisons de sécurité, telles que la sécurité de l’équipage, la santé de l’engin spatial client, l’intégrité des équipements voisins, ou pour éviter d’endommager les outils robotiques ainsi que le manipulateur robotique. À titre d’exemple, la prévention des collisions avec le système d’entretien mobile (SEM) de la Station spatiale internationale (SSI) commence au stade de la planification. Les trajectoires robotiques sont conçues à l’aide d’un simulateur cinématique qui utilise des modèles graphiques haute-fidélité de la structure externe de la SSI, le système de télémanipulateur de la station spatiale (SSRMS) et le manipulateur agile spécialisé (MAS). Les concepteurs de missions robotiques utilisent cet outil pour définir une série de poses et de trajectoires pour le manipulateur. Un outil de planification graphique permet de vérifier que la trajectoire répond aux besoins de la mission, en évitant les singularités, les auto-collisions, les limites articulaires, et en respectant les dégagements à la structure et les éventuelles zones interdites définies (ex : un volume autour d’une antenne rayonnante).

Bien que ces chemins planifiés soient un bon point de départ, ils ne peuvent pas être exécutés aveuglément pour les raisons suivantes :

• Les perturbations dans la géométrie de la station dues aux effets de la pression aux ports d’amarrage et à la dilatation/contraction thermique ne peuvent pas être prises en compte dans le modèle de conception assistée par ordinateur (CAO).
• Des différences peuvent exister entre le modèle tel que conçu et les modules tels que construits.
• Les véhicules spatiaux ont des appendices tels que des panneaux solaires et des antennes qui peuvent se déployer ou s’articuler pour maintenir le pointage requis. Si leurs états d’articulation sont inconnus, le robot doit éviter tout leur volume balayé possible.
• La configuration extérieure du véhicule peut être physiquement modifiée par des membres d’équipage affectés aux activités extravéhiculaires (EVA), des débris laissés derrière ou l’installation de charges utiles logistiques et scientifiques qui n’étaient pas représentées dans le modèle au moment de la planification.
• Des défauts de fixation des composants externes peuvent survenir, tels que des faisceaux de câbles qui se détachent ou une attache de véhicule flottante, et ceux-ci peuvent interférer avec l’espace de travail opérationnel du système robotique.
• Les membres de l’équipage EVA peuvent ne pas connaître ou mal évaluer le mouvement du manipulateur à venir, et peuvent donc se trouver accidentellement dans la trajectoire prévue de l’effecteur terminal ou des mâts.

Pour plus de contexte, dans l’exemple du SSRMS, au moment de l’exécution, lorsque l’effecteur terminal du manipulateur s’approche de la proximité de la station, un opérateur humain doit observer tous les mouvements pour s’assurer que le dégagement est maintenu entre la structure de la station, le bras et la charge utile. Les caméras panoramiques/inclinables/zooms situées au niveau des coudes du SSRMS, les caméras de l’infrastructure de la station, ou les deux, peuvent fournir les vues vidéo nécessaires pour cette tâche. Pour les opérations du MAS, les vues de caméra idéales ne sont souvent pas disponibles. Il est important de noter que la surveillance du dégagement repose sur le système perceptuel de la personne pour filtrer le bruit, déduire la profondeur et s’adapter aux conditions d’éclairage difficiles et variables en orbite.

Pour les futures missions spatiales, telles que la station spatiale cislunaire Gateway, la majorité des opérations robotiques devraient être effectuées de manière autonome, sans équipage à bord et sans liaison de communication avec le sol. En tant que telle, la fonction de contrôle des dangers qui était auparavant fournie par l’opérateur regardant la vidéo en liaison descendante doit être exécutée par un certain aspect du système embarqué. Le système de capteur de proximité est une solution possible pour assurer ce contrôle des dangers.

Il peut être possible pour le robot de construire ou de corriger son modèle du monde fondé sur certains capteurs extéroceptifs à haute densité (par exemple, une caméra stéréo ou un lidar). Cette approche nécessiterait une reconstruction, un enregistrement et une segmentation 3D précis et fiables, et ces problèmes n’ont pas été résolus au point de pouvoir faire entièrement confiance à la sécurité d’un véhicule spatial avec équipage sans supervision humaine. En tant que tel, un comportement réactif fondé sur la détection en temps réel pour remplacer avec élégance les commandes qui entraîneraient des collisions semble être une solution plus appropriée.

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.

*Comment préparer une soumission