Download Free Contribution A La Planification De Trajectoires De Robots Manipulateurs Dans Un Environnement Connu Convexe Book in PDF and EPUB Free Download. You can read online Contribution A La Planification De Trajectoires De Robots Manipulateurs Dans Un Environnement Connu Convexe and write the review.

LE PROBLEME DE PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES SANS COLLISION DE ROBOTS MANIPULATEURS EST TRES VASTE ET A ETE TRES LARGEMENT ETUDIE CES DERNIERES ANNEES. CE SUJET EST ABORDE EN SIMULATION 3D AU SEIN D'UN LOGICIEL DE MODELISATION ET D'ANIMATION DE ROBOTS: SMAR. VU LE NOMBRE IMPORTANT DE CALCULS A EFFECTUER LORS DE LA PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES NOUS AVONS COMPARE TROIS METHODES DE CALCULS DE DISTANCES ANNOCEES COMME RAPIDE DANS LA LITTERATURE. APRES UNE PRESENTATION DES ALGORITHMES PROPOSES PAR GILBERT, DOBKIN ET CELUI DEVELOPPE PAR LE LABORATOIRE DE MECANIQUE DES SOLIDES, NOUS AVONS, APRES IMPLANTATION, EVALUE LES PERFORMANCES DE CHACUN, OBTENUES PAR DIFFERENTS TESTS NUMERIQUES. EN UTILISANT L'ALGORITHME DE CALCUL DE DISTANCES DEVELOPPE AU LABORATOIRE, NOUS PROPOSONS UNE TECHNIQUE, DU TYPE LOCAL, DE GENERATION DE TRAJECTOIRES POUR ROBOTS. ELLE PERMET D'EVITER CERTAINS BLOCAGES RENCONTRES DANS LES METHODES LOCALES CLASSIQUES. BASEE SUR LE FAIT QUE LORS DE CES BLOCAGES, LES CONTRAINTES S'ETABLISSENT SUR LES MEMES ENTITES GEOMETRIQUES ENTRE DEUX ITERATIONS, NOUS DEFINISSONS, POUR CHAQUE CONTRAINTE, LE DEPLACEMENT A EFFECTUER QUI PERMET DE FAIRE EVOLUER L'ENSEMBLE DES CONTRAINTES VERS D'AUTRES ENTITES. CE DEPLACEMENT EST ISSU D'UNE ANALYSE LOCALE DE L'ENVIRONNEMENT QUI PERMET DE DEFINIR UNE SITUATION ET DE CARACTERISER L'ACTION D'EVITEMENT. POUR CHAQUE CONTRAINTE, ELLE EST PONDEREE PAR UN COEFFICIENT OBTENU PAR UN RAISONNEMENT BASEE SUR LA LOGIQUE FLOUE. CE COEFFICIENT PREND EN COMPTE L'INFLUENCE DE L'ACTION D'EVITEMENT SUR L'ENSEMBLE DES CONTRAINTES. UN GRAND NOMBRE D'ESSAIS ONT ETE MENES EN SIMULATION DANS LE LOGICIEL SMAR DANS DES ENVIRONNEMENTS STATIQUES OU DYNAMIQUES FORTEMENT ENCOMBRES OU NON. ILS ONT MONTRE L'EFFICACITE DE LA METHODE PROPOSEE POUR RESOUDRE CERTAINS PROBLEMES DE PLANIFICATION
LE PROBLEME DE LA PLANIFICATION OPTIMALE DE TRAJECTOIRES DE ROBOTS MANIPULATEURS AVEC EVITEMENT D'OBSTACLES EN 3 DIMENSIONS SOUS CONTRAINTES DYNAMIQUES DEMEURE UN PROBLEME OUVERT DEPUIS LONGTEMPS A CAUSE DE SA COMPLEXITE ALGORITHMIQUE INHERENTE. CETTE THESE PRESENTE UNE APPROCHE DE TYPE COMMANDE OPTIMALE DEVELOPPEE AVEC DES TECHNIQUES DE LA PROGRAMMATION NON LINEAIRE ET DE LA GEOMETRIE ALGORITHMIQUE. UNE METHODE DE PROJECTION EST D'ABORD PRESENTEE POUR DETERMINER LES CONTRAINTES DE CONFIGURATIONS SINGULIERES, DU VOLUME DE TRAVAIL ET DES MULTICONFIGURATIONS DES ROBOTS. TROIS METHODES DE FORMULATION EXPLICITE DES CONTRAINTES D'ANTI-COLLISION SONT ENSUITE PROPOSEES: LA PREMIERE FONDEE SUR L'APPROXIMATION DES SURFACES D'OBSTACLES CONVEXES PAR DES FONCTIONS DE PENALISATION; LA DEUXIEME BASEE SUR UNE PROCEDURE DE DETECTION DE COLLISION ET LE CALCUL DE FONCTIONS DE DISTANCES TRI-DIMENSIONNELLES ENTRE LES SEGMENTS DE ROBOT ET LES OBSTACLES; ET LA DERNIERE DESTINEE A AMELIORER LES PERFORMANCES DES DEUX METHODES PRECEDENTES PAR DECOMPOSITION DE L'ESPACE DES CONFIGURATIONS. LE PROBLEME EST FORMULE COMME UN PROBLEME DE COMMANDE OPTIMALE FORTEMENT NON LINEAIRE ET NON CONVEXE, ET CONTENANT EVENTUELLEMENT UNE FONCTION DE DISTANCE NON PARTOUT DIFFERENTIABLE. IL EST RESOLU NUMERIQUEMENT PAR UNE METHODE DUALE D'OPTIMISATION NON LINEAIRE UTILISANT UN LAGRANGIEN AUGMENTE
CE MEMOIRE PRESENTE UNE METHODE DE PLANIFICATION LOCALE DE ROBOTS MOBILES DANS UN ENVIRONNEMENT TOTALEMENT INCONNU, TOUT EN CONSIDERANT LES CONTRAINTES DE NON HOLONOMIE DU ROBOT. LA METHODE PROPOSEE UTILISE UNE NOUVELLE REPRESENTATION DES OBSTACLES DANS L'ESPACE DES VITESSES DU ROBOT. LES OBSTACLES DANS LA ZONE D'INFLUENCE DU ROBOT SONT MODELISES PAR DES CONTRAINTES LINEAIRES SUR LES VITESSES DU ROBOT. L'ENSEMBLE DE CES CONTRAINTES DEFINIT UN SOUS-ENSEMBLE CONVEXE DANS L'ESPACE DES VITESSES, QUE NOUS APPELONS POLYGONE DE VITESSES ADMISSIBLES. CHAQUE VITESSE DU PVA UTILISEE PAR LE ROBOT LUI ASSURE UN DEPLACEMENT SANS COLLISION. L'ALGORITHME DE PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES SE COMPOSE DE DEUX MODULES, RESPECTIVEMENT APPELES ALLER AU BUT ET CONTOURNER L'OBSTACLE. LE PREMIER MODULE, BASE SUR UNE APPROCHE D'OPTIMISATION LOCALE, PERMET AU ROBOT DE S'APPROCHER DU BUT TOUT EN EVITANT LES COLLISIONS. CE PROBLEME D'OPTIMISATION EST TRADUIT EN UN PROBLEME DE CALCUL DE DISTANCE MINIMALE DANS L'ESPACE DES VITESSES DU ROBOT. COMPTE TENU DE SA NATURE LOCALE, LE PREMIER MODULE PEUT CONDUIRE LE ROBOT VERS UNE SITUATION DE BLOCAGE, CORRESPONDANTE A UN MINIMUM LOCAL DE LA FONCTION OBJECTIVE. LE DEUXIEME MODULE S'INSPIRE D'UNE PROCEDURE DE SUIVI DE MUR, QUI EXPLOITE LE PVA, POUR CONTOURNER LES OBSTACLES A L'ORIGINE DU BLOCAGE. UNE FOIS QUE CES OBSTACLES ONT ETE CONTOURNES, L'ALGORITHME REPREND LE PREMIER MODULE ET LE ROBOT CONTINUE SA PROGRESSION VERS LE BUT. PUISQUE SEULE LA DISTANCE ENTRE LE ROBOT MOBILE ET LES OBSTACLES EST UTILISEE, LA METHODE EST BIEN ADAPTEE POUR ETRE UTILISEE AVEC DES CAPTEURS EMBARQUES. LES DIFFERENTS RESULTATS, OBTENUS AUSSI BIEN PAR SIMULATION QU'EXPERIMENTALEMENT SUR UN ROBOT REEL, MONTRENT LES CAPACITES DE LA METHODE PROPOSEE POUR RESOUDRE LE PROBLEME DE PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES SANS COLLISION, MEME DANS DES ENVIRONNEMENTS FORTEMENT ENCOMBRES.
LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE CONCERNE LA PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES POUR ROBOT MANIPULATEUR. L'ETUDE EFFECTUEE SUR UN PROTOTYPE DE ROBOT DESEMPILEUR NOUS A PERMIS DE PROPOSER UNE NOUVELLE METHODE GENERALE DE PLANIFICATION DE TRAJECTOIRE. DISPOSANT D'UN CHEMIN GEOMETRIQUE ET DES MODELES GEOMETRIQUE ET CINEMATIQUE, LA RECHERCHE DES TRAJECTOIRES EST MENEE DANS LE PLAN DE PHASE. TELLE EST L'ORIGINALITE DE LA METHODE. DANS LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE, NOUS AVONS ANALYSE DES METHODES EXISTANTES AFIN DE POUVOIR SITUER NOTRE METHODE PARMI ELLES. APRES AVOIR MODELISE LE SYSTEME, NOUS AVONS EFFECTIVEMENT APPLIQUE CETTE METHODE POUR ENGENDRER SES TRAJECTOIRES. DEUX SORTES DE TRAJECTOIRES PEUVENT ETRE OBTENUES: TRAJECTOIRES DE REFERENCE AYANT UN TEMPS DE TRAVERSEE ASSEZ LONG DE FACON QUE LES EFFETS DYNAMIQUES SOIENT TRES FAIBLES, ET DES TRAJECTOIRES OPTIMISEES AU SENS CINEMATIQUE DU TERME. LES TRAJECTOIRES DE REFERENCE NOUS ONT PERMIS D'OBSERVER LE CYCLE DE TRAVAIL DU SYSTEME DANS DE BONNES CONDITIONS DE SECURITE. ELLES ONT ETE ENSUITE OPTIMISEES PAR LA PRISE EN COMPTE DES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES DU SYSTEME. LES DIFFERENTES TRAJECTOIRES OBTENUES ONT FAIT L'OBJET D'UNE SIMULATION. LES RESULTATS DE SIMULATION ONT ETE CONFRONTES AUX ESSAIS REELS MENES SUR LE SYSTEME
CETTE THESE S'INTERESSE A LA RECHERCHE D'UNE TRAJECTOIRE SANS COLLISION POUR UN SYSTEME ROBOTIQUE AU SEIN D'UN ENVIRONNEMENT INCONNU A PRIORI. NOUS PRESENTONS AU CHAPITRE 1 UNE INTRODUCTION A LA THESE AINSI QUE L'IDEE GENERALE DE CHAQUE CHAPITRE. NOUS RAPPELONS AU CHAPITRE 2 LE PROBLEME GENERAL DE LA PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES ET LA COMPLEXITE DE CE PROBLEME. NOUS DEVELOPPONS AU CHAPITRE 3 UN ALGORITHME POUR LE PROBLEME DE PLANIFICATION DE TRAJECTOIRES DANS UN ENVIRONNEMENT INCONNU, POUR UN ROBOT POLYGONAL SE DEPLACANT EN TRANSLATION ET ROTATION ET POSSEDANT UN CAPTEUR VISUEL. NOUS PROPOSONS AU CHAPITRE 4 TROIS OUTILS: LE PREMIER EST LE CALCUL DE L'UNION D'UN POLYGONE ETOILE ET D'UN POLYGONE QUELCONQUE, LE DEUXIEME EST UNE CONSTRUCTION DU GRAPHE DE VISIBILITE D'UN ENSEMBLE DES SEGMENTS, ET LE TROISIEME UNE METHODE POUR CALCULER LA VISIBILITE D'UN ROBOT EN DEPLACEMENT DANS UN ENVIRONNEMENT CONNU. LES VERSIONS PARALLELES DE CES OUTILS SONT PRESENTEES AU CHAPITRE 5. NOUS PRESENTONS AU CHAPITRE 6 UN NOUVEAU SYSTEME MULTI-ROBOTS APPELE MARS QUI PERMET DE FAIRE COOPERER ENTRE EUX UN ENSEMBLE DE ROBOTS HETEROGENES POUR EXPLORER UN ENVIRONNEMENT INCONNU. LE CHAPITRE 7 PRESENTE UN ALGORITHME OPTIMAL UTILISANT UNE STRATEGIE ALEATOIRE CONCURRENTE QUI PERMET DE TROUVER UN CHEMIN ENTRE LES DEUX POSITIONS INITIALES ET FINALES DANS UN ENVIRONNEMENT PARTICULIER APPELE G-RUE
Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la planification de trajectoires optimales en présence d'obstacles pour des robots mobiles de type voiture et pour des robots a pattes. Le modèle de robot de type voiture étudié est celui de Dubins. Il s'agit grossièrement d'une voiture se déplaçant en marche avant uniquement et dont le rayon de braquage est minoré. Nous présentons un algorithme exact polynomial pour le calcul de trajectoires optimales en longueur lorsque le robot se déplace en présence d'obstacles dont les bords sont de courbure bornée et constitues de segments de droite et d'arcs de cercle. L'algorithme calcule un graphe et recherche un plus court chemin dans ce graphe. Le calcul de ce graphe est effectué grâce à des techniques de géométrie algorithmique et par la résolution de systèmes algébriques dont nous montrons, à l'aide de résultants, qu'ils ont un nombre fini de solutions. Nous proposons également un algorithme polynomial pour le calcul d'enveloppes convexes de courbure bornée d'un ensemble de points du plan, c'est-à-dire d'un convexe contenant tous les points et dont le bord est de courbure bornée et de périmètre minimal. L'algorithme présente est basé sur l'optimisation d'une fonction convexe sous contraintes. Nous avons également étudié le problème de la planification de trajectoires pour des robots a pattes dont le corps est ponctuel et dont toutes les pattes sont attachées au même point. Les pattes du robot ont une longueur bornée et ne sont autorisées à se poser que dans certaines régions polygonales du plan. Nous présentons un algorithme quasi-optimal pour le calcul de l'ensemble des positions du corps du robot en équilibre stable. Par une transformation judicieuse, nous nous ramenons au calcul de l'espace libre d'un robot de la forme d'un demi-disque se déplaçant en présence d'obstacles.
Cette thèse traite du problème fondamental que constitue la planification de trajectoires de robots manipulateurs. Une première partie précise le contexte robotique de notre travail et présente le système général de programmation automatique développe au Lifia. Nous analysons ensuite l'importance de la représentation des connaissances nécessaires aux raisonnements géométriques particuliers a la planification de déplacements. Les méthodes de modélisation et les concepts de représentation que nous avons mis en oeuvre sont ensuite présentes. Une deuxième partie traite de la planification de trajectoires pour une structure articulée. Une methode de planification globale par construction de l'espace des configurations est présentée, ainsi qu'une methode de replanification locale par application de champs de potentiels et, enfin, une methode hybride réalisant la synthèse de ces approches complémentaires, pour lesquelles sont décrits algorithmes, résultats d'expérimentation et futurs développements
CETTE THESE, QUI PORTE SUR LA PLANIFICATION DE TACHE-ROBOT POUR ROBOTS MOBILES EN ENVIRONNEMENTS STRUCTURES, DEBUTE PAR UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE APPROFONDIE DE LA PLANIFICATION. IL Y EST DEMONTRE QUE DANS LA GRANDE MAJORITE DES CAS, LES RESULTATS DE LA PLANIFICATION NE SONT PAS PRODUITS POUR SECURISER ET FACILITER LE CONTROLE D'EXECUTION QUI POURTANT EST CLASSIQUEMENT L'INTERLOCUTEUR DIRECT DU PLANIFICATEUR. CES DEUX LACUNES S'IMPOSENT DES LORS NATURELLEMENT COMME DEUX OBJECTIFS MAJEURS DE CETTE ETUDE. LA SECURISATION DU CONTROLE D'EXECUTION CONSISTE TOUT D'ABORD A CONSTRUIRE UN MODELE DU CAPTEUR TELEMETRIQUE ULTRASONORE, DONT LE VEHICULE EST DOTE, BASE SUR CELUI DEVELOPPE PAR J. CROWLEY. IL EST ENSUITE POSSIBLE, EN S'APPUYANT SUR UN MODELE SIMPLE DE L'ENVIRONNEMENT, DE CONSTRUIRE UN PRINCIPE DE LOCALISATION GEOMETRIQUE DE TYPE ERREUR BORNEE. ON DISPOSE ALORS D'UNE QUANTIFICATION DE L'INCERTITUDE SUR LA LOCALISATION DU ROBOT PAR UNE VALEUR NUMERIQUE APPELEE PIC POUR POTENTIEL D'INCERTITUDE EN CONFIGURATION. LA SECURISATION PROPREMENT DITE CONSISTE ALORS A DISCRETISER L'ENVIRONNEMENT PUIS A APPLIQUER L'ALGORITHME A* DE MANIERE A PRODUIRE UN CHEMIN DE COUT MINIMAL AU SENS DU PIC. CETTE SECURISATION RESIDE DANS LE FAIT QUE LORSQUE LE VEHICULE SE LOCALISE BIEN, LES RISQUES DE COLLISION OU PLUS GENERALEMENT D'ECHEC DE LA MISSION SONT MOINDRES. LA SIMPLIFICATION DU CONTROLE D'EXECUTION S'EFFECTUE EN PLUSIEURS ETAPES. DANS UN PREMIER TEMPS, UNE TRAJECTOIRE A COURBURE CONTINUE (COURBE DE BEZIER) EST CONSTRUITE A PARTIR D'UN CHEMIN PIC ENGENDRE PAR L'ALGORITHME A*. CETTE TRAJECTOIRE EST ENSUITE, DANS UN SECOND TEMPS, DECOUPEE EN UNE SEQUENCE DE SOUS-TRAJECTOIRES, DEFINIE GRACE A UNE METHODE D'ANALYSE DE DONNEES APPELEE METHODE DES NUEES DYNAMIQUES, DE SORTE QUE LE VEHICULE, PENDANT SON DEPLACEMENT, SE LOCALISE PAR RAPPORT AUX MEMES ELEMENTS DE REFERENCE DE L'ENVIRONNEMENT QUI CONSTITUENT CE QU'ON APPELLE UNE CARTE LOCALE. UNE FOIS LES CARTES LOCALES DEFINIES, CHAQUE TACHE-ROBOT CONSISTE EN UN SUIVI DE TRAJECTOIRE ASSUREE PAR REGULATION A ZERO D'UNE FONCTION DE TACHE. LA SIMPLIFICATION DU CONTROLE D'EXECUTION RESIDE DANS LE FAIT QUE LE VEHICULE N'UTILISE QUE LES ELEMENTS DE REFERENCE CAPABLE DE LUI FOURNIR LA MEILLEURE INFORMATION DE LOCALISATION C'EST-A-DIRE CEUX DE LA CARTE LOCALE. CETTE ETUDE MONTRE EGALEMENT QUE LE CONCEPT DE CARTE LOCALE, QUI REPRESENTE L'ORIGINALITE ET LA CONTRIBUTION MAJEURE DE CETTE THESE, CONFERE UNE MEILLEURE ROBUSTESSE DU SUIVI DE TRAJECTOIRE PAR RAPPORT AUX ERREURS DE MODELISATION DE L'ENVIRONNEMENT.