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LES TECHNIQUES, DESORMAIS CLASSIQUES, D'ASSERVISSEMENT VISUEL, SONT UTILISEES POUR LA COMMANDE DE BRAS MANIPULATEURS OU LA VISION ACTIVE MAIS IL N'EXISTAIT PAS ENCORE D'APPLICATIONS EN ROBOTIQUE MOBILE. LE PROBLEME PRINCIPAL DE L'UTILISATION DE CES TECHNIQUES POUR UN ROBOT MOBILE EST DU A LA PRESENCE DE LIAISONS MECANIQUES NON-HOLONOMES QUI LIMITENT LES MOUVEMENTS DU ROBOT. NOUS PROPOSONS UNE APPROCHE ORIGINALE ET GENERALE UTILISANT LA COOPERATION DES MOUVEMENTS D'UNE BASE MOBILE MUNIE D'UN BRAS MANIPULATEUR QUI PORTE UNE CAMERA. LE FAIT DE CONTROLER LES MOUVEMENTS DE LA CAMERA PLUTOT QUE CELUI DE LA BASE PERMET DE CONTOURNER LES LIMITATIONS DES CONTRAINTES NON-HOLONOMES EN CONSIDERANT L'ENSEMBLE MECANIQUE BASE ET BRAS. CETTE MODELISATION PERMET D'UTILISER LE FORMALISME DE LA COMMANDE REFERENCEE VISION DESTINEE EN PREMIER LIEU AUX BRAS MANIPULATEURS RIGIDES. EN UTILISANT LA NOTION DE LIAISONS VIRTUELLES, NOUS ENUMERONS ET ILLUSTRONS EN SIMULATION UN ENSEMBLE DE TACHES ELEMENTAIRES REFERENCEES VISION DESTINE A GUIDER UN ROBOT MOBILE PLACE DANS UN ENVIRONNEMENT STRUCTURE D'INTERIEUR DE TYPE BUREAU. POUR LA REALISATION DE TACHES ROBOTIQUES PLUS COMPLEXES COMPOSEES D'UN ENCHAINEMENT DE TACHES ELEMENTAIRES, NOUS DONNONS UN CADRE FORMEL POUR GERER LES PROBLEMES DE TRANSITION ENTRE TACHES REFERENCEES VISION. NOUS AVONS MENE CES TRAVAUX DES SPECIFICATIONS A L'EXPERIMENTATION (REALISATION D'UN ROBOT MOBILE, ENVIRONNEMENT DE PROGRAMMATION). FINALEMENT, POUR VALIDER TOUTE CETTE APPROCHE, NOUS AVONS IMPLEMENTE UNE TACHE DE POSITIONNEMENT VIS A VIS D'UN CONE
Ce mémoire traite le problème du contrôle et de la réalisation de taches référencées vision pour la navigation d'un robot mobile. Le contrôle d'un robot mobile par asservissement visuel 2D (positionnement ou suivi par rapport à un objet) nous permet d'affranchir de la reconstruction globale de l'environnement afin de déplacer le robot. Nous présentons une étude sur le comportement de l'asservissement visuel 2D, notamment pour empêcher que la cible sorte du champ de vue de la caméra. Nous avons abordé ce problème dans l'espace image et dans l'espace articulaire du robot. Nous décrivons deux approches pour effectuer l'évitement d'obstacles lors de l'exécution d'un asservissement visuel 2D. La première est basée sur la méthode de potentiels classiques. La deuxième est inspirée des méthodes du vortex et du suivi de chemins pour éviter les puits de potentiels. Avec ces approches nous pouvons exécuter l'asservissement visuel 2D sans avoir de problèmes si des obstacles se présentent. Nous illustrons la possibilité d'exprimer l'exécution d'un plan à partir de commandes d'asservissement visuel 2D. Nous décrivons seulement la nature du modèle nécessaire pour planifier une trajectoire sous la forme d'une séquence d'actions. L'évaluation de plusieurs méthodes nous a permis de réaliser une tâche hybride, puis nous proposons une méthode d'enchaînement de commande successive du plan lors du déplacement d'un robot mobile. Les méthodes que nous avons développées ont été partiellement mises en œuvre sur un des robots de la famille Hilare du LAAS CNRS. Tout d'abord, nous avons intégré le suivi de segments nécessaires pour réaliser la tache aller vers 4 points. Dans le but d'utiliser l'asservissement visuel 2D pour des cibles dynamiques, nous avons intégré sur le robot la méthode de Hausdorff qui permet de s'asservir sur une cible et de la centrer dans l'image.
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
UNE PREMIERE APPROCHE DU PROBLEME DE LA COMMANDE DES ROBOTS MOBILES REPOSE SUR LA SYNTHESE DE LOIS DE COMMANDE EN BOUCLE FERMEE SUR L'ETAT DU ROBOT. LA MISE EN OEUVRE DE TELLES LOIS NECESSITE LA LOCALISATION DU ROBOT PAR RAPPORT A UN REPERE FIXE, ETAPE COUTEUSE EN TEMPS CALCUL ET SOURCE D'ERREURS. L'UTILISATION DE CAPTEURS PLUS PERFORMANTS A PERMIS L'EMERGENCE D'UNE NOUVELLE APPROCHE DANS LAQUELLE LA TACHE ROBOTIQUE EST SPECIFIEE DANS L'ESPACE CAPTEUR : LA COMMANDE REFERENCEE CAPTEUR. CELLE-CI CONSISTE A DEFINIR DES BOUCLES DE COMMANDE DIRECTEMENT A PARTIR DES DONNEES SENSORIELLES, SANS AVOIR A RELOCALISER LE ROBOT. DANS CE CONTEXTE, LA RICHESSE DU SIGNAL VIDEO A PERMIS LE DEVELOPPEMENT DE L'ASSERVISSEMENT VISUEL QUI REPOSE SUR LA REGULATION DES INDICES VISUELS DANS L'IMAGE. TOUTEFOIS, COMME DE NOMBREUSES TACHES ROBOTIQUES NE PEUVENT ETRE SPECIFIEES SEULEMENT DE CETTE MANIERE, IL APPARAIT NECESSAIRE DE CONSIDERER DANS LA COMMANDE DES INFORMATIONS PROVENANT DE CAPTEURS DE NATURE DIFFERENTE. LES TRAVAUX MENES DANS CETTE THESE S'INSCRIVENT DANS CETTE PROBLEMATIQUE ET VISENT A ETENDRE LES TECHNIQUES D'ASSERVISSEMENT VISUEL. PLUS PRECISEMENT NOUS NOUS SOMMES FOCALISES SUR LA COMMANDE D'UN ROBOT MOBILE EQUIPE D'UN TELEMETRE LASER ET D'UNE CAMERA. NOTRE CONTRIBUTION A CONSISTE A ELABORER UN ENSEMBLE DE STRATEGIES DE COMMANDE, EN BOUCLE FERMEE SUR LES INFORMATIONS VISUELLES ET TELEMETRIQUES, POUR REALISER UNE TACHE DE NAVIGATION EN MILIEU ENCOMBRE. NOUS PROPOSONS UNE ANALYSE COMPARATIVE DES DIFFERENTES METHODES, AINSI QU'UNE SIMULATION DES STRATEGIES CORRESPONDANTES. DE PLUS, NOTRE TRAVAIL NOUS A CONDUIT A DEFINIR LA NOTION CANONIQUE DE TACHE ELEMENTAIRE REFERENCEE MULTICAPTEURS SUR LAQUELLE REPOSE LA NAVIGATION REFERENCEE CAPTEURS. CES RESULTATS NOUS ONT DONC PERMIS D'ABORDER LE PROBLEME DE L'ENCHAINEMENT DE TACHES DE NATURE DIFFERENTE, SPECIFIEES EN TERMES D'INFORMATIONS SENSORIELLES, AFIN DE REALISER UNE TACHE COMPLETE DE NAVIGATION DANS UN ENVIRONNEMENT STRUCTURE.
Ce mémoire de thèse est le résultat d'un travail de recherche visant à approfondir l'étude du comportement dynamique d'un robot mobile à deux roues motrices dont les caractéristiques mécaniques sont proches de celles d'une petite automobile. Le modèle que nous proposons repose sur l'application du principe fondamental de la dynamique et considère la plupart des caractéristiques mécaniques du robot mobile. Plus complet, ce modèle remplace avantageusement le modèle cinématique utilisé habituellement en robotique mobile. Par ailleurs, sa formulation finale reste relativement simple ce qui permet son utilisation dans le cadre d'applications temps réel. Ce modèle a été ensuite mis à profit dans le cadre de deux applications différentes : la stabilisation de configurations fixes et la commande référencée vision. Concernant la stabilisation de configurations fixes, la solution originale que nous avons développée consiste à appliquer au robot mobile trois consignes de position exprimées dans son propre repère et calculées à partir de la commande optimale "bang-off-bang". Par ailleurs, la trajectoire suivie par le robot mobile a pu être lissée en remplaçant les arcs de cercle par des portions de clothoïdes. La seconde application repose sur l'utilisation du système de vision stéréoscopique embarqué sur le robot mobile. Ce dernier renseigne sur la distance et la direction de l'objet observé par rapport au robot mobile. La loi de commande par retour d'état que nous avons conçue, a pour objectif de maintenir le robot mobile face à l'objet observé et à une distance imposée de celui-ci.
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"
NOUS ETUDIONS LE POTENTIEL OFFERT PAR L'UTILISATION D'UNE CAMERA MOBILE EMBARQUEE SUR L'EFFECTEUR D'UN ROBOT MANIPULATEUR POUR REALISER DES TACHES ROBOTIQUES. UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE MET EN EVIDENCE LES POSSIBILITES THEORIQUES ET LES DIFFICULTES PRATIQUES RENCONTREES AVEC UNE APPROCHE DE TYPE VISION DYNAMIQUE. LE PROBLEME EST ENSUITE POSE EN TERME D'ASSERVISSEMENT VISUEL DE LA CAMERA DANS LE CADRE DU CONCEPT GENERAL DE LA COMMANDE REFERENCEE CAPTEUR. AFIN DE MONTRER LA VALIDITE DE L'APPROCHE, UN SITE EXPERIMENTAL EST DEFINI PUIS REALISE. EN PARTICULIER, LES CONDITIONS A TENIR POUR REALISER UNE COORDINATION TEMPS REEL CAPTEUR-MOTEURS SONT EXPRIMES ET RESPECTES. LA VALIDATION EXPERIMENTALE D'UNE TACHE DE TYPE ASSERVISSEMENT VISUEL DE LA CAMERA PAR RAPPORT A UN ENSEMBLE DE SIGNAUX CAPTEURS DE TYPE POINTS DEMONTRE LA ROBUSTESSE DU SCHEMA DE COMMANDE MIS EN UVRE. ENFIN, L'APPROCHE EST FORMALISEE AVEC SUCCES SUR DES TACHES INDUSTRIELLES DU SECTEUR MONTAGE AUTOMOBILE
LES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE CONCERNENT LA PROPOSITION D'UNE APPROCHE METHODOLOGIQUE POUR LA CONCEPTION D'UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE ET DE COMMANDES D'UN SYSTEME COMPLEXE : UN ROBOT MOBILE AUTONOME. AFIN DE GARANTIR LES FONCTIONNALITES REQUISES POUR LA CONDUITE DU ROBOT MOBILE : REACTIVITE, COMPORTEMENT INTELLIGENT, RAISONNEMENT GLOBAL, MODULARITE, FIABILITE, ADAPTATIVITE, INTEGRATION MULTISENSORIELLE ET ROBUSTESSE, NOUS PROPOSONS UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE ET DE COMMANDES HYBRIDES QUI REPOSE SUR UN CONCEPT ORIGINAL : LES COMMANDES ORIENTEES COMPORTEMENT (COC). NOTRE ARCHITECTURE COC S'APPUIE SUR UNE DECOMPOSITION A LA FOIS HIERARCHIQUE ET DISTRIBUEE DU CONTROLE EN MODULES COMMUNICANTS APPELES MODULES DE COMPORTEMENT. CETTE APPROCHE UTILISE LES CONCEPTS DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE DISTRIBUEE ET DU TEMPS REEL A TRAVERS D'UNE PART, DES AGENTS REACTIFS DE FAIBLE INTELLIGENCE POUR REAGIR A DES EVENEMENTS EXTERIEURS ET D'AUTRE PART, DES AGENTS DE PLUS FORTE GRANULARITE POUR LA GESTION DE LA PLANIFICATION ET DE LA NAVIGATION DU ROBOT. LE MECANISME DE RAISONNEMENT DES MODULES DE COMPORTEMENT EST DECRIT PAR UNE MACHINE A ETATS FINIS OU UN SYSTEME EXPERT D'ORDRE 0+ ASSOCIE A UN MOTEUR D'INFERENCES A CHAINAGE AVANT. LE SUPPORT D'EXECUTION SOUS-JACENT AU MODELE DOIT OFFRIR DES MECANISMES POUR GERER LA CONCURRENCE, LA SYNCHRONISATION ET LA COMMUNICATION DES AGENTS TOUT EN RESPECTANT DES CONTRAINTES TEMPS REEL (EX : LANGAGE ASYNCHRONE + NOYAU TEMPS REEL). LA PROBLEMATIQUE DU PASSAGE DU MODELE CONCEPTUEL D'UNE APPLICATION VERS SA MISE EN OEUVRE EFFECTIVE SUR UNE ARCHITECTURE MULTIPROCESSEUR LEGERE (PROCESSEURS DE L'ORDRE DU MIPS) EST ABORDEE PAR LA REALISATION D'UN OUTIL DE CONCEPTION ET DE DEVELOPPEMENT GARANTISSANT UN COMPORTEMENT STANDARD DES MODULES GRACE A UNE GENERATION AUTOMATIQUE DU CODE ASSOCIE AUX DIFFERENTS OBJETS DU MODELE. UNE VALIDATION DE CETTE ARCHITECTURE A ETE REALISEE A TRAVERS UNE APPLICATION DE ROBOTIQUE MOBILE AUTONOME DOMESTIQUE.
Robots mobiles : état de l'art. Prototype de robot mobile à pattes. Modélisation de la dynamique de tout système mécanique articulé. Élements de commande pour le déplacement.