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UPJV, Département EEA

Master 2 EEAII Parcours ViRob

Fabio MORBIDI

Laboratoire MIS Équipe Perception et Robotique

E-mail: [email protected]

Semestre 9, AU 2016-2017

Mercredi 14h00-16h30, Jeudi 10h00-12h30 Salle TP101

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Plan du cours

Chapitre 1: Perception pour la robotique [F. Morbidi]

Chapitre 2: Modélisation d’incertitudes [D. Kachi]

1. Introduction

3. Typologies de capteur

2. Classification des capteurs

1. Introduction

3. Représentation statistique

2. Représentation de l’incertitude

4. Propagation de l’erreur: fusion des mesures de l’incertitude

Chapitre 3: Traitement des mesures [D. Kachi]

1. Réseau multi-capteurs

2. Fusion des mesures

Partie I : Perception Avancée

3

Chapitre 1: Introduction [F. Morbidi]

Plan du cours Partie II : Robotique Mobile

1. Petit historique

3. Marché mondial et besoins technologiques

2. Systèmes, locomotions, applications

Chapitre 2: Locomotion [F. Morbidi]

1. Effecteurs et actionneurs

3. Robots mobiles à roues

2. Robots mobiles à jambes

4. Robots mobiles aériens

Chapitre 3: Décision et contrôle [F. Morbidi]

1. Commandabilité d’un robot

3. Contrôle de mouvement

2. Architectures de contrôle

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Ch. 2: Locomotion

Effecteurs et actionneurs

Partie 3

Partie 4

Partie 2

Partie 1

• Robots mobiles à jambes

• Robots mobiles à roues

• Robots mobiles aériens

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La locomotion à roue ◦ La plus répandue en robotique mobile

◦ La plus efficace dans les environnements faits par l’homme

◦ Simplicité mécanique, construction facile

◦ Pas de problème d’équilibre (contact permanent des roues)

3 roues garantissent un équilibre statique

◦ Suspension nécessaire à partir de 4 roues pour maintenir le contact permanent dans terrains irréguliers

• Comme en voiture, la suspension peut être réalisée à l’aide d’amortisseurs

• Pour les robots mobiles à 4 roue évoluant à l’intérieur, la pression limitée des pneus est généralement la suspension basique utilisée

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Problèmes

◦ Traction

◦ Stabilité

◦ Manœuvrabilité

◦ Contrôle

◦ Contrainte sur milieu de déplacement (terrain plan, peu accidenté)

Hauteur de l’obstacle h rayon des roues r

Solution: roues larges, locomotion type char

La locomotion à roue

r h �obstacle

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1. Roue fixe: 1 DDL Rotation autour de l’axe de la roue

2. Roue centrée orientable: 2 DDL Rotation autour de l’axe de la roue Rotation autour du point de contact

3. Roue décentrée orientable: 3 DDL (ou pivot ou jockey) Rotation autour de l’axe de la roue Rotation autour du point de contact Rotation autour du pivot

ϕ

r

La locomotion à roue: conception

Vitesse tangentiale

Roues standards (motorisées ou passives)

d

ϕ

ϕ

Pivot

vtan = rϕ̇

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5 classes cinématiques (robots à châssis unique)

N = nombre des roues du robot = Nf + Ns + No

Classe Description

I Nf = Ns = 0

II Ns = 0, Nf ≥ 1 sur le même axe

III Nf = 0, Ns ≥ 1 (synchronisées si Ns > 1)

IV Nf ≥ 1 sur le même axe, Ns ≥ 1 au moins une pas sur l’axe commun des deux roues fixes

V Nf = 0, Ns ≥ 2 (synchronisées si Ns > 2)

Nf = nombre des roues fixes

Ns = nombre des roues centrées orientables (« steerable »)

No = nombre des roues décentreés orientables

Etant donné un robot mobile, soient:

Partant:

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Cl. I: No = 3 Cl. II: Nf = 2, No = 1

Cl. III: Ns = 1, No = 2 Cl. IV: Nf = 2, Ns = 1 Cl. V: Ns = 2, No = 1

5 classes cinématiques: exemples à 3 roues

roues fixes

roues fixes roues centrées

orientables

roue cnt. orientable roue cnt.

orientable

Robot omnidirectionnel

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a) Roue suédoise (ou mecanum): 3 DDL Rotation autour de l’axe motorisé de la roue

Rotation autour des roulettes transverses passives

Rotation autour du point de contact

b) Roue sphérique Principe inverse de la souris du PC

Réalisation ardue


a) b)

suédoise 90o suédoise 45o

Roues omnidirectionnelles (motorisées ou passives)

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• Les types de roues précédents ont des cinématiques différentes: par conséquent, le choix d’un type de roue a un impact important sur la cinématique globale du robot

• Les roues standards sont directionnelles • Pour changer de direction la roue doit d’abord tourner autour de l’axe vertical de rotation

• La roue suédoise et la roue sphérique sont moins contraintes: • Seul l’axe principal de la roue suédoise est actionné • Les roulettes de la roue suédoise sont passives mais sont peu résistantes à un mouvement dans une autre direction, perpendiculaire pour la roue suédoise 90o et intermédiaire pour la roue suédoise 45o

Remarques:

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• Type et arrangement de roues sont fortement corrélés

À considérer simultanément lors de la conception d’un robot

• Problèmes importants pour les robots à roues:

Stabilité

Manœuvrabilité

Commandabilité


Remarques:

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(sphérique, suédoise, “pivot”)

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Configurations de roues pour véhicules roulants

• Pour un ensemble de roues donné, toute disposition ne conduit pas à une solution viable

• Un mauvais choix peut limiter la mobilité du robot ou occasionner d’éventuels blocages (par ex. deux roues fixes non parallèles: le robot ne peut pas se déplacer en ligne droite)


(*) Configuration rarement utilisée: manœuvrabilité modérée et commandabilité très pauvre

(*)

Remarque:

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(roue « castor » ou folle)

, e-Puck EPFL, Adept AmigoBot

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3



du robot non

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4



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4



◦ En statique: deux roues minimum (théorique) Centre de gravité sous l’axe des deux roues

Exemples: 1) Cye de Probotics

o Robot domestique

o Porte aspirateur

Stabilité

2) Scooter électrique de smart-balancewheel

o Transport urbain

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Deux roues Roues doivent être de grand diamètre

Percussion du sol à un 3ième point possible (en raison de la dynamique du robot)

Trois roues Minimum pour stabilité statique assurée

La projection du centre de gravité inclus dans le triangle formé par les roues (le polygone de sustentation)

Stabilité

P

◦ En statique

◦ Stabilité dynamique

• Mêmes problématiques que avec les robots à jambes (cf. ch. 2.1)

• Stabilité dynamique possible avec une roue (cf. Exercice III, TD3)

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