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NOTRE ETUDE S'INSCRIT AU SEIN D'UN PROJET DE DEVELOPPEMENT D'UN ATELIER DE GENIE LOGICIEL ADAPTE AU CONTEXTE ROBOTIQUE COLLECTIF ET ACCESSIBLE A DES UTILISATEURS NON EXPERTS EN ROBOTIQUE ET EN INFORMATIQUE. LES APPLICATIONS DE ROBOTIQUE COLLECTIVE (ARC) REPRESENTENT UN NOUVEAU DOMAINE D'APPLICATION QUI SE SITUE A L'INTERSECTION DE LA ROBOTIQUE CLASSIQUE ET DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE DISTRIBUEE. AINSI, NOUS PROPOSONS DANS CE MEMOIRE, UNE METHODE DE CONCEPTION D'APPLICATIONS DE ROBOTIQUE COLLECTIVE : LA METHODE MINA. CELLE-CI CORRESPOND A UNE DEMARCHE DE GENIE LOGICIEL QUI COMPORTE TROIS PHASES ESSENTIELLES : ̱UNE PHASE DE SPECIFICATION QUI A POUR OBJECTIF DE PERMETTRE A UN UTILISATEUR DE DEFINIR UNE ARC ET QUI REPOSE SUR UN MODELE DE DECOMPOSITION SYSTEMATIQUE DE CELLE-CI. ̱UNE PHASE DE CONCEPTION PRELIMINAIRE QUI REPRESENTE UNE PREMIERE ETAPE DE CONCEPTION, INDEPENDANTE DU LANGAGE DE PROGRAMMATION. CETTE PHASE DEFINIT UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE PERMETTANT LA REALISATION D'UNE ARC ISSUE DE LA PHASE DE SPECIFICATION. ̱UNE PHASE DE CONCEPTION DETAILLEE QUI PRESENTE L'IMPLEMENTATION DE L'ARCHITECTURE DE CONTROLE ISSUE DE LA PHASE DE CONCEPTION PRELIMINAIRE. UNE VALIDATION EXPERIMENTALE DE LA METHODE MINA EST REALISEE SUR LA PLATEFORME MICROB, PLATEFORME EXPERIMENTALE DEVELOPPEE AU LABORATOIRE ET DEDIEE A LA REALISATION D'APPLICATIONS DE ROBOTIQUE MOBILE COLLECTIVE.
CETTE THESE PRESENTE UN SYSTEME DE PROGRAMMATION ET DE COMMANDE DE ROBOTS MOBILES PAR APPRENTISSAGE. DANS LE BUT D'ASSURER LA FAISABILITE DES MISSIONS, NOUS AVONS MIS AU POINT UNE METHODE D'APPRENTISSAGE DES TRAJECTOIRES GRACE A LAQUELLE LE ROBOT CONNAIT D'UNE PART, LES CHEMINS DES MISSIONS ET D'AUTRE PART, LES ACTIONS A ACCOMPLIR. L'ORIGINALITE DE LA METHODE RESIDE DANS L'UTILISATION CONJOINTE D'UNE BASE DE DONNEES DE TRAJECTOIRES APPRISES ET D'INFORMATIONS DELIVREES EN LIGNE PAR LES CAPTEURS, DE FACON A AUTORISER DES MANUVRES TELLES QUE LE RECALAGE DU ROBOT OU LES EVITEMENTS D'OBSTACLES. DANS LE PREMIER CHAPITRE, NOUS POSONS LE PROBLEME DE LA COMMANDE DE ROBOTS MOBILES EN ENVIRONNEMENT INTERIEUR, TANT SUR LE PLAN DES STRATEGIES DE NAVIGATION QUE SUR LE PLAN DES SYSTEMES DE LOCALISATION OU DES STRUCTURES DE COMMANDE. DANS LE DEUXIEME CHAPITRE, NOUS PRESENTONS LA PHASE D'ACQUISITION DES TRAJECTOIRES. PENDANT CETTE ETAPE PRINCIPALE, LE ROBOT EST TELEOPERE TANDIS QUE SON SYSTEME DE LOCALISATION EST ACTIF ET DELIVRE DES INFORMATIONS QUI SONT TRAITEES PUIS MEMORISEES SOUS FORME DE FICHIERS D'APPRENTISSAGE. L'EXECUTION D'UNE TRAJECTOIRE APPRISE NECESSITE D'UNE PART, UNE GENERATION DE MOUVEMENT QUI UTILISE AUSSI BIEN DES POINTS ACQUIS EN LIGNE QUE DES POINTS ACQUIS PENDANT LA PHASE D'APPRENTISSAGE, ET D'AUTRE PART, LE CALCUL DES VARIABLES DE COMMANDE POUR LE ROBOT CONSIDERE. NOUS DECRIVONS L'UNE ET L'AUTRE DANS LE TROISIEME CHAPITRE. LE QUATRIEME CHAPITRE PRESENTE TOUS LES OUTILS NECESSAIRES A L'APPRENTISSAGE DES TRAJECTOIRES D'UN ENSEMBLE DE MISSIONS TELS QUE LA STRUCTURATION DES CHEMINS, LA VALIDATION ET LA CORRECTION EVENTUELLE DES FICHIERS D'APPRENTISSAGE, LA GESTION DE L'ENCHAINEMENT DES PHASES, L'INTERFACE HOMME/MACHINE, LA PROGRAMMATION DES ACTIONS DU ROBOT. NOUS AVONS IMPLANTE LE SYSTEME COMPLET DE PROGRAMMATION ET DE COMMANDE PAR APPRENTISSAGE SUR LE ROBOT DU PROJET FIRST, DEDIE AU TRANSPORT DE CHARGES EN MILIEU HOSPITALIER. DANS LE DERNIER CHAPITRE, NOUS PRESENTONS CE PROJET, L'IMPLANTATION DU SYSTEME ET LES DIFFERENTS ESSAIS EFFECTUES
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T all started with a new robot lab course I had developed to accompany my robotics lectures. We already had three large, heavy, and expensive mobile robots for research projects, but nothing simple and safe, which we I could give to students to practice on for an introductory course. We selected a mobile robot kit based on an 8-bit controller, and used it for the first couple of years of this course. This gave students not only the enj- ment of working with real robots but, more importantly, hands-on experience with control systems, real-time systems, concurrency, fault tolerance, sensor and motor technology, etc. It was a very successful lab and was greatly enjoyed by the students. Typical tasks were, for example, driving straight, finding a light source, or following a leading vehicle. Since the robots were rather inexpensive, it was possible to furnish a whole lab with them and to c- duct multi-robot experiments as well. Simplicity, however, had its drawbacks. The robot mechanics were unre- able, the sensors were quite poor, and extendability and processing power were very limited. What we wanted to use was a similar robot at an advanced level.
Cette thèse présente deux systèmes importants pour les robots mobiles. Un premier système de commande est d'abord détaillé L’étude et la réalisation de l'architecture matérielle en constitue une première partie. Une étude des trajectoires et des mouvements correspondants en constitue une seconde partie. Une étude de l'asservissement optimise ensuite le suivi par le robot des trajectoires imposées. Cette étude est effectuée dans le cas discret. Le lissage des trajectoires pour obtenir un mouvement continu est effectué par l'utilisation de clothoïdes. Ce système de commande est organisé autour d'un noyau de primitives de déplacements, d'informations et de sécurité. Les performances du système sont testées sur un robot mobile réel mithra de type a (projedt MITHRA/EUREKA). Le second système traite de la programmation du robot mobile autonome. Trois modes de programmation sont mises au point: 1) l'apprentissage, relevé direct de la trajectoire suivi par le robot (moteurs débrayés) poussé par un opérateur; 2) la modélisation topologique, transformation du domaine d’évolution du robot mobile en un graphe de points d'emplacements stratégiques, le suivi d'une trajectoire par le robot revient à la recherche du chemin correspondant dans un graphe; 3) la méthode mixte, coopération des deux modes précédents pour accomplir une mission donnée Les sorties de ces trois modes sont transformées par un générateur de mouvements en primitives exécutables par le système de commande.
La robotique mobile est une discipline en plein essor avec notamment l’apparition des drones volants, des robots sous-marins détecteurs de mines, des robots voiliers ou encore des robots aspirateurs. Cet ouvrage présente les différents outils et méthodes qui permettent la conception de robots mobiles. Ces systèmes généralement autonomes et supervisés par un opérateur humain sont capables de se déplacer dans un environnement plus ou moins connu. Illustré par des simulations et des exercices corrigés, La robotique mobiledécrit les principes essentiels de la modélisation des robots, développant les notions d'actionneur, de capteur, de régulateur et de guidage. Les outils permettant une simulation tridimensionnelle sont également traités ainsi que les bases théoriques d’une localisation fiable des robots dans leur environnement.
Cette thèse décrit une partie du travail effectué dans le cadre du projet européen Symbrion 1 . Ce projet vise à la réalisation de tâches complexes nécessitant la coopération de multiples robots dans un cadre de robotique en essaim (au moins 100 robots opérant ensemble). De multiples problèmes sont étudiés par le projet dont : l'auto-assemblage de robots en structures complexes et l'auto-organisation d'un grand nombre de robots afin de réaliser une tâche commune. Le principal sujet porte sur les mécanismes d'auto-adaptation pour la robotique modulaire et en essaim, avec un intérêt pour des capacités de forte coordination et de coopération à l'échelle de l'essaim.Les difficultés rencontrées dans la réalisation de ce projet sont dues à l'utilisation de robots dans des environnements ouverts restant inconnus jusqu'à la phase de déploiement. Puisque les conditions d'opérations ne peuvent être prédites à l'avance, des algorithmes d'apprentissage en ligne doivent être utilisés pour élaborer les comportements utilisés. Lorsqu'un grand nombre de robots sont utilisés, plusieurs considérations doivent être prise en compte : capacité de communication réduite, faible mémoire, faible capacité de calcul. Par conséquent les algorithmes d'apprentissage en ligne doivent être distribués à travers l'essaim.De multiples approches ont déjà été proposées pour faire face aux problèmes posés par l'apprentissage en ligne décentralisé de comportements robotiques, parmi lesquels la robotique probabiliste, l'apprentissage par renforcement, et la robotique évolutionnaire. Cependant, le problème abordé dans le cadre de cette thèse se caractérise par le fait que l'on considère un groupe de robots (en lieu et place d'un seul et unique robot). De plus, dû à la nature ouverte de l'environnement, il n'est pas possible de supposer que l'ingénieur humain ait les connaissances nécessaires pour définir les éléments indispensables aux processus d'apprentissage.Assurer l'intégrité de l'essaim est placé en tant que premier élément d'une feuille de route visant à définir un ensemble d'étapes nécessaires à la réalisation d'une tâche par un groupe de robot dans un environnement ouvert :- Étape 1 : Assurer l'intégrité de l'essaim.- Étape 2 : Maintenir les robots disponibles en tant que service à l'utilisateur.- Étape 3 : Réaliser la tâche définie par l'utilisateur.Dans le cadre de cette thèse nous travaillons à la réalisation de l'étape 1 de cette feuille de route, et assumons l'hypothèse de travail suivante :Hypothèse de travail : Dans un cadre de robotique collective en environnement ouvert, la réalisation d'une tâche définie par l'utilisateur implique tout d'abord un comportement auto-adaptatif.Le sujet de cette thèse est la réalisation de solutions algorithmiques décentralisées pouvant garantir l'in- tégrité d'un essaim de robots en environnement ouvert lorsque un système robotique collectif utilise une communication locale. La principale difficulté à sa résolution est le besoin de prendre en compte l'envi- ronnement. En effet, en fonction de l'environnement courant, les robots peuvent avoir à démontrer une grande variété de comportements à l'échelle globale comme la coopération, la spécialisation, l'altruisme, ou la division du travail.Dans cette thèse nous introduisons et définissons le problème de l'Adaptation Evolutionnaire Distribuée Guidée par l'Environnement. Nous proposons un algorithme pour résoudre ce problem. Cet algorithme a été validé aussi bien en simulation que sur des robots réels. Il a été utilisé pour étudier le problème de l'auto-adaptation dans les environnements suivants :- Environnement où l'émergence de consensus comportementaux est nécessaire.- Environnements où la robustesse face à des changements environnementaux est nécessaires.- Environnements où des comportements altruistes sont nécessaires.
Cette thèse propose et analyse un nouveau robot parallèle cinématiquement redondant (KRP) avec tous les actionneurs situés à la base. La structure de base du robot provient de travaux antérieurs, c'est-à-dire que trois jambes avec 3 degrés de liberté (ddls) chacune sont attachées à la plate-forme mobile par trois liaisons redondantes, ce qui donne un robot KRP avec (6+3) degrés de liberté. Cette thèse se concentre sur quatre thèmes. Tout d'abord, un nouveau robot parallèle à 3 ddls utilisé comme jambe du robot KRP est proposé, et tous les actionneurs sont situés à la base afin de réduire l'inertie des parties mobiles. De plus, les actionneurs sont placés près les uns des autres pour minimiser l'encombrement et produire un espace de travail relativement grand. Les problèmes cinématiques tels que la modélisation cinématique, le problème inverse/direct, l'analyse des singularités et l'espace de travail sont analysés en détail. En outre, pour simplifier l'analyse de l'espace de travail et agrandir l'espace de travail, une conception améliorée du robot à 3 ddls est proposée. L'établissement de modèles dynamiques pour les robots parallèles est un défi en raison des relations complexes entre les vitesses et les forces induites par leur structure en boucle fermée. Cette thèse propose plusieurs méthodes de modélisation simplifiées pour les robots parallèles. Le premier type est dérivé de l'approche lagrangienne et l'idée centrale est de réduire la complexité des expressions représentant l'énergie pour le robot. Par conséquent, ces méthodes ont une bonne généralité et sont disponibles pour divers robots parallèles. Cependant, pour certains robots parallèles (par exemple, le robot à 3 ddls proposé), même en utilisant la méthode simplifiée, les calculs d'énergie sont légèrement complexes. Compte tenu de cela, une autre méthode de modélisation simplifiée basée sur l'approche de Newton-Euler est proposée et analysée. Étant donné que le nouveau robot KRP a une structure similaire à celle des robots KRP précédents, la plupart des méthodes analysées dans les travaux précédents peuvent être directement utilisées. Par conséquent, cette thèse ne résout que brièvement le problème inverse/direct, explique la singularité du point de vue de la force, donne le modèle dynamique et montre la structure et le modèle CAO du prototype du nouveau robot KRP. Enfin, cette thèse propose une méthode générale de contrôle de préhension par laquelle le robot KRP peut faire fonctionner à distance une pince pour générer les forces de préhension requises tout en déplaçant la plate-forme, toutes les actions étant pilotées par les mêmes actionneurs. Le modèle de contrôle de préhension se compose d'un modèle de contrôle du mouvement des jambes et d'un modèle de contrôle de la force des jambes, où la force de préhension peut être contrôlée indépendamment. En conséquence, le modèle de contrôle en force utilise un contrôleur en boucle ouverte, simple à mettre en œuvre et efficace.
La robotique fait rever et ce domaine en perpetuelle evolution, de nouvelles decouvertes sont faits pour rendre ces machines plus agiles, plus rapides voire plus intelligentes. Leur utilisation se repand au quotidien, on nous promet un monde de robots pour demain, certains disent meme une revolution robotique. Avec l'evolution des technologies, les robots gagnent petit a petit des aptitudes a realiser des gestes de plus en plus complexes. Ces developpements conduisent a des machines hautement perfectionnees qui peuvent realiser des taches de plus en plus sophistiquees, mais trop souvent, la difficulte a mettre ces robots augmente avec la complexite du systeme Notre projet consiste a la realisation et la commande d'un robot mobile supporteur d'une camera . Notre objectif est de faire en premier lieu la realisation de la carte de commande et ensuite la realisation d'une application ( interface avec c++ builder ) pour commande ce robot mobile et recevoir des image de la camera"
"Programming Mobile Robots with Aria and Player" provides a guide to creating object-oriented C++ programs for robots using the Player and Aria APIs within a Linux environment. The book is supported throughout with examples, diagrams, sample programs, and configuration files. MobileRobot’s Pioneers are used as vehicles throughout the book, but most of the techniques and programs that are demonstrated for Player are applicable to the other makes and models that the API supports. In addition, the Aria section is also appropriate for other robots made by MobileRobots. The book discusses how to install the various pieces of software needed and also describes how to: configure robots; control robots remotely; program each individual sensor and actuator; and set up and control robots. "Programming Mobile Robots with Aria and Player" serves as a complete text for undergraduate and postgraduate robotics programming modules, and is also an invaluable reference source for students, teachers and researchers. Additional material for this book can be found at http://extras.springer.com.