Etude d'une méthode de coopération entre capteurs pour la localisation dynamique d'un robot mobile PDF Download
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Author: Régis Lherbier
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Author: Régis Lherbier
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Author: Regis Lherbier
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Languages : fr
Pages : 163
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Dans le cadre de la fusion multi sensorielle, afin d'accélérer la vitesse de traitement des informations issues des différents capteurs du robot, nous combinons les données visuelles avec les données de profondeur (télémètre infrarouge) pour retrouver le mouvement du robot qui se déplace dans un environnement inconnu contenant un certain nombre d'objets rigides et mobiles a priori. Cette méthode a pour point de départ des travaux sur l'estimation itérative du mouvement a partir de la vision 3d et des capteurs ultrasons sans toutefois tenir compte de l'aspect temporel ainsi que des travaux sur la reconstruction 3d trin oculaire. L'originalité de ce travail est de n'utiliser la vision que de temps en temps afin de créer une carte locale de l'environnement. Cette carte est formée de surfaces 3d. Le mouvement est retrouve de manière itérative (filtre de kalman étendu) a partir de très peu de données de profondeur. La direction des tirs télémétriques est obtenue en combinant l'estimation courante du mouvement et la prédiction sur la position des plans. Un recalage est nécessaire, en utilisant a nouveau la vision, au bout d'un certain déplacement. La gestion de la fréquence de recalage est faite a partir de deux méthodes proposées: l'une basée sur le calcul d'une erreur de position a chaque instant de recalage et l'autre basée sur l'observation des paramètres d'une surface de référence a chaque instant d'estimation. Les tests de cet algorithme ont été effectues sur des données de synthèse (nous avons réalise un logiciel permettant de simuler les mouvements du robot dans un environnement polyédrique et d'obtenir des informations synthétiques des différents capteurs). Malheureusement les tests en environnement réel n'ont pu être inclus dans le mémoire puisqu'ils n'ont pu être achevés en temps voulu en raison de problèmes matériels lies a l'utilisation d'un robot mobile.
Author: Laurent Delahoche
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Languages : fr
Pages : 180
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LES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE TRAITE DE LA LOCALISATION D'UN ROBOT MOBILE DANS UN ENVIRONNEMENT INTERIEUR NON BALISE. TROIS TYPES DE CAPTEURS SONT UTILISES POUR DETERMINER LA POSITION DU ROBOT : UN ODOMETRE, UN SYSTEME DE VISION OMNIDIRECTIONNELLE ET UN SYSTEME TELEMETRIQUE ROTATIF. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE PERMETTRE A UN ROBOT DE SE DEPLACER EN TOUTE SECURITE D'UNE CONFIGURATION INITIALE A UNE CONFIGURATION FINALE DANS UN ENVIRONNEMENT PARTIELLEMENT CONNU. POUR CELA DEUX APPROCHES ONT ETE UTILISEES : LA FUSION DES DONNEES PROPRIOCEPTIVES ET EXTEROCEPTIVES ET LA COOPERATION ENTRE LES CAPTEURS EXTEROCEPTIFS. DANS UN PREMIER TEMPS UNE METHODE DE LOCALISATION BASEE SUR LA FUSION DES DONNEES ODOMETRIQUES ET DES DONNEES TELEMETRIQUES A ETE DEVELOPPEE ET TESTEE. L'ESTIMATION DE LA POSITION ET DE SON INCERTITUDE ASSOCIEE EST OBTENUE PAR FILTRAGE DE KALMAN. LES AMERS UTILISES POUR CETTE APPROCHE SONT LES PAROIS DU MILIEU D'EVOLUTION. DANS UN DEUXIEME TEMPS UNE METHODE DE LOCALISATION UTILISANT LA VISION OMNIDIRECTIONNELLE ET L'ODOMETRIE A ETE ELABOREE. LES ANGLES D'AZIMUT DES DIFFERENTS AMERS VERTICAUX DE L'ENVIRONNEMENT SONT EXTRAITS DU MODELE SENSORIEL POUR CALCULER LA CONFIGURATION DU ROBOT. CONTRAIREMENT A L'APPROCHE ADOPTEE PRECEDEMMENT POUR LA FUSION DES DONNEES, LE FILTRAGE DE KALMAN ETENDU EST DANS CE CAS EMPLOYE, A CAUSE DE LA NON LINEARITE DES EQUATIONS D'OBSERVATION. FINALEMENT, DANS UN TROISIEME TEMPS, UNE STRATEGIE VISANT A FAIRE COOPERER DEUX CAPTEURS EXTEROCEPTIFS, UN TELEMETRE LASER ROTATIF ET LE SYSTEME DE VISION OMNIDIRECTIONNELLE, A ETE MISE EN OEUVRE. CETTE METHODE PERMET D'OBTENIR UNE ESTIMATION ABSOLUE DE LA CONFIGURATION DU ROBOT QUI EST D'UNE PART PRECISE ET D'AUTRE PART ROBUSTE. EN OUTRE, UN ALGORITHME PERMETTANT DE METTRE A JOUR LA CARTE DE L'ENVIRONNEMENT DU ROBOT AU COURS DE SON DEPLACEMENT A ETE ELABOREE ET TESTE. CE MODULE D'INSERTION DE BALISES NATURELLES NON REPERTORIEES, PERMET AINSI AU ROBOT DE SE LOCALISER DANS DES ZONES DE L'ENVIRONNEMENT QUI NE SONT QUE PARTIELLEMENT CONNUES. CE SYSTEME DE LOCALISATION, BASE SUR UNE APPROCHE COOPERATIVE, PERMET A UN ROBOT DE MENER A BIEN DES MISSIONS DANS UN ENVIRONNEMENT INTERIEUR NON BALISE QUI N'EST QUE PARTIELLEMENT CONNU.
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Languages : fr
Pages : 153
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Author: Alex Lallement
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Languages : fr
Pages : 198
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Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'étude et la mise au point d'une méthode de localisation absolue pour robot mobile autonome évoluant dans un environnement de type intérieur dynamique. Cette méthode est basée sur l'exploitation de la complémentarité des informations délivrées par un système de perception mixte formé d'un télémètre laser 2D et d'un capteur de vision monoculaire. Notre contribution se situe essentiellement sur le plan méthodologique avec notamment : la mise au point d'une stratégie de perception active, la préposition d'une technique robuste de segmentation, la recherche de techniques décisionnelles utilisant une approche de type fusion de primitives, l'étude d'une technique d'identification d'amers environnementaux (de type arête verticale) et enfin la mise au point d'une procédure de localisation. La phase d'identification des amers, nécessaire à la localisation du robot, nécessite le recours à une procédure d'appariements entre arêtes segmentées et amers de référence. Une transformation invariante en translation et en rotation, appliquée sur l'ensemble des primitives, conduit à une simplification notable de cette procédure. L'identification consiste alors à réaliser une mise en correspondance entre triplets d'amers et triplets d'arêtes sur la base de 12 descripteurs invariants, puis entre amers et arêtes observées à partir des hypothèses formées. La localisation absolue du mobile est obtenue en définissant l'ensemble des positions compatibles avec les amers observés et délimitée par un polygone d'incertitude.
Author: Cyrille Pierre
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Languages : fr
Pages : 0
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Il existe de plus en plus d'applications en robotique mobile faisant intervenir plusieurs robots capables de communiquer entre eux et naviguer en coopération. L'objectif de ces travaux est d'exploiter la communication et la détection des robots avoisinants afin de réaliser de la localisation coopérative. Le moyen de détection des robots utilisé ici se base sur la technologie ultra-wideband,permettant d'effectuer des mesures précises de distance entre deux capteurs. L'approche que nous avons développée privilégie la robustesse et l'intégrité des estimations. Elle permet de prendre en compte des scénarios dans lesquels le peu d'information disponible rend la tâche de localisation difficile à gérer pour les robots. Ainsi, notre solution gère deux problématiques importantes de la localisation coopérative par mesure de distance : la corrélation des données échangées entre les robots et la non-linéarité du modèle d'observation des mesures. Pour résoudre ces problématiques, nous avons fait le choix de développer une approche décentralisée dans laquelle l'aspect coopératif est pris en compte par une modélisation particulière des observations de robots. Une observation correspond ici à une mesure de distance avec une balise (représentant un robot ou un objet statique) dont la position est représentée par une distribution normale. Après plusieurs observations successives d'une même balise, la corrélation devient forte entre l'état du robot et la position de la balise observée. Notre approche s'appuie alors sur la méthode de fusion d'un filtre à intersection de covariance partitionné afin d'éviter les problèmes de sur-convergence dus à la corrélation. De plus, les estimations des états des robots sont modélisées par des mixtures de gaussiennes permettant ainsi de représenter au mieux les formes réelles des distributions obtenues après la fusion d'une mesure de distance. Notre algorithme de localisation coopérative a également la particularité de faire évoluer le nombre de particules des mixtures de gaussiennes afin de se ramener à une modélisation équivalente à un filtre gaussien lorsque les conditions le permettent. Le fonctionnement de notre approche de localisation coopérative est présenté grâce à l'étude de quelques situations basiques mettant en évidences différentes caractéristiques de l'algorithme. Le manuscrit se termine par la présentation de trois scénarios de localisation coopérative faisant intervenir plusieurs robots et objets statiques. Les deux premiers exploitent un simulateur réaliste capable de simuler la physique des robots. Le troisième est une expérimentation réelle utilisant une plateforme urbaine dont dispose le laboratoire. L'objectif de ces expérimentations est de montrer que notre approche reste intègre dans les situations les plus difficiles.
Author: Philippe Fillatreau
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Languages : fr
Pages : 185
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Cette thèse traite du problème de la localisation dans un environnement tridimensionnel (3D) d'un robot mobile autonome, ainsi que de celui de la modélisation de terrain. Deux domaines typiques d'application de ce travail sont la robotique mobile d'intervention (sécurite civile,) et l'exploration planétaire. La contribution de la thèse se situe surtout au niveau de la localisation d'un robot dans un environnement semi-structure ou non structuré. Un état de l'art concernant d'une part les principaux capteurs utilisables, et d'autre part la modélisation, est présente. L'accent est mis sur les capteurs inertiels et sur la modélisation de formes non structurées ; le choix des capteurs utilisés, ainsi que celui des primitives géométriques retenues, sont justifiés. Dans un premier temps, une approche pour la localisation du robot à l'aide d'amers de type structure, mais éventuellement naturels, est presentée. Le problème de la fusion incrémentale d'un modèle de localisation basé sur des primitives hétérogenes, à partir de la détection de lignes verticales (arbres, colonnes) ou de murs, est traité. Plusieurs approches pour le recalage de la position du robot et la fusion des données hétérogènes sont comparées. Une stratégie de choix des différents amers est enfin proposée. Dans un deuxième temps, le problème de la modélisation de terrain accidenté et du recalage sur des caractéristiques non structurées de l'environnement est abordé. Une méthode de modélisation du terrain par hiérarchie de b-splines est proposeé, et la construction incrémentale du modèle de terrain est traitée. Le modèle analytique obtenu permet d'extraire divers invariants 3D, comme des maxima d'altitude ou des points de forte courbure ; l'aspect multi-résolution permet de focaliser progressivement la recherche de telles caractéristiques. Finalement, une méthode de localisation faisant coopérer l'extraction de caractéristiques avec des techniques de type corrélation est proposée. Les différentes méthodes développées ont fait l'objet d'une validation sur plusieurs robots mobiles expérimentaux.
Author: Isabelle Durieux
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Languages : fr
Pages : 382
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Dans cette thèse, nous présentons des algorithmes de localisation d'un robot mobile qui ne se déplace dans un milieu balisé. Après avoir fait le tour des différents capteurs et techniques de localisation -navigation des robots mobiles, nous définisson la solution proposée : capteurs non-sophistiqués avec informations faciles à traiter. Deux types de capteurs sont envisagés : télémètre U.S./I.R. avec balises actives et goniomètres avec balises passives. Afin de développer et tester différents algorithmes, nous avons décrit les capteurs utilisés et élaboré un modèle statistiquue des mesures. Des algorithmes d'optimisation de la position du robot à partir d'une position approchés sont ensuite étudiés en utilisant au mieux toutes les informations provenant des balises. Le critère retenu est celui des moindres carrés repondérés. Deux algorithmes itérartifs sont comparés ; gradient à pas prédéterminé et Gauss-Newton. Une étude, d'abord menée avec des mesures exactes puiis "régulières", permet de conclure que la méthode du second ordre est la plus rapide et que l'estimateur obtenu est quasi-eficace. Un test de cohérence entre les grandeurs mesurées et estimées permet de détecter et rejeter les mesures aberantes. Un algorithme de localisation du véhicule lorsque sa position n'est pas du tout connue est ensuite proposé, la méthode tenant toujours compte du fait que certaines mesures peuvent être aberrantes. Une méthode d'identification des balises lorsqu'elles ne sont pas codées est également décrite ainsi qu'un algorithme de calibration initiale du champ de balises. Nous envisageons aussi de recaler la position plus ou moins précise accordée à certaines balises portables, en utilisant le formalisme de Kalman. La fusion d'informations, dans ce même formalisme, est enfin développée en utilisant les informations provenant des balises et celles d'un système de mesure des déplacements du véhicule et ce, dansle but d'avoir une meuilleure estimation de la position du robot.
Author: Christian Zanardi
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Languages : fr
Pages : 261
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CETTE THESE PRESENTE L'ETUDE DE LA MODELISATION DES INTERACTIONS QUI SURVIENNENT LORSQUE PLUSIEURS ROBOTS MOBILES, EQUIPES DE SENSEURS VISUELS, PARTAGENT UN MEME ENVIRONNEMENT. DANS UN PREMIER TEMPS, LA MODELISATION DES CAPACITES MOTRICES ET SENSORIELLES D'UN ROBOT MOBILE EST ENVISAGEE. LE CONCEPT DE CARTE DYNAMIQUE EST AINSI INTRODUIT POUR REPRESENTER DE FACON GEOMETRIQUE LA MOBILITE DU ROBOT DANS SON ENVIRONNEMENT. CE CONCEPT EST BASE SUR LA THEORIE DES REGIONS ATTEIGNABLES D'UN SYSTEME DYNAMIQUE. LES METHODES DE CONSTRUCTION DES CARTES DYNAMIQUES DE PLUSIEURS TYPES DE ROBOT MOBILE SONT DECRITES, AINSI QU'UN ALGORITHME D'APPRENTISSAGE DE LA CARTE D'UN ROBOT PAR LUI-MEME. LA RELATION INTIME EXISTANT ENTRE LA CAMERA DU ROBOT ET SES CAPACITES DE DEPLACEMENT EST EGALEMENT EXPLOREE AU TRAVERS DU CONCEPT DE CARTE DYNAMIQUE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LE CONCEPT DE CARTE DYNAMIQUE EST UTILISE POUR GENERER UNE REPRESENTATION DES INTERACTIONS ENTRE LES ROBOTS MOBILES. AINSI, A PARTIR DES CONDITIONS D'ENVIRONNEMENTALES ET DES POSITIONS RELATIVES DES ROBOTS RECUPEREES PAR LE SENSEUR DU ROBOT, LA CARTE DU ROBOT APPRISE ET LES CARTES DYNAMIQUES DES AUTRES ROBOTS ESTIMEES SONT COMBINEES. CETTE COMBINAISON PERMET DE FAIRE APPARAITRE LA DISTRIBUTION DE L'ESPACE ATTEIGNABLE DU ROBOT EN FONCTION NON SEULEMENT DE SES CAPACITES MAIS EGALEMENT DE CELLES DES AUTRES ROBOTS DANS LE CADRE D'UNE TACHE A ACCOMPLIR EN COOPERATION OU EN COMPETITION. CETTE REPRESENTATION EST UTILISEE PAR LA SUITE POUR PERMETTRE LA PLANIFICATION D'UNE TRAJECTOIRE D'EVASION POUR UN ROBOT POURSUIVI ET PRESENTE. LES ECHECS ET LES REUSSITES D'UN SYSTEME D'APPRENTISSAGE D'UNE STRATEGIE DE POURSUITE PAR RENFORCEMENT ONT PERMIS DE PROUVER L'UTILISTE DE LA CARTE DYNAMIQUE COMME UN OUTIL D'ANALYSE DES INTERACTIONS ENTRE ROBOTS. UN BANC D'ESSAI EXPERIMENTAL BASE SUR DES ROBOTS RADIOGUIDES A ETE DEVELOPPE AFIN DE METTRE EN PRATIQUE DANS LE FUTUR LES CONCEPTS DECRITS DANS LE CADRE DE CETTE THESE. LES VEHICULES UTILISES NE POSSEDANT PAS D'ODOMETRIE INTERNE, LA CONCEPTION ET LA REALISATION D'UN SYSTEME D'ODOMETRIE SIMULEE A ETE NECESSAIRE
Author: ARTURO.. PRECIADORUIZ
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CE TRAVAIL ABORDE TROIS SUJETS DIFFERENTS MAIS COMPLEMENTAIRES SUR LA ROBOTIQUE MOBILE. PREMIEREMENT, NOUS ABORDONS LA MODELISATION DE LA DYNAMIQUE D'UN VEHICULE QUI CONSTITUE UN ARCHETYPE DE ROBOT MOBILE. DEUX EQUATIONS NON LINEAIRES COUPLEES DU DEUXIEME ORDRE MODELISENT LE COMPORTEMENT DE LA VITESSE TANGENTIELLE ET DE LA VITESSE ANGULAIRE DU VEHICULE. UNE TROISIEME EQUATION, ELLE AUSSI NON LINEAIRE, EXPRIME UNE CONTRAINTE SUR LE DEPLACEMENT ET LES FORCES QUI EMPECHENT LE DERAPAGE DU VEHICULE. ENSUITE, NOUS ETUDIONS LE PROBLEME DE LA LOCALISATION DU VEHICULE DANS UN ENVIRONNEMENT POLYGONAL CONNU, A PARTIR DE L'INFORMATION FOURNIE PAR DES CAPTEURS A ULTRASONS. A CETTE FIN, NOUS UTILISONS UNE TECHNIQUE D'ESTIMATION OU LA SEULE HYPOTHESE SUR LA PERTURBATION AFFECTANT LES MESURES EST D'ETRE BORNEE AVEC BORNE CONNUE. OUTRE SON INTERPRETATION GEOMETRIQUE, CETTE TECHNIQUE A L'AVANTAGE DE POUVOIR REJETER LES INFORMATIONS REDONDANTES, ACCELERANT AINSI LA PROCEDURE D'ESTIMATION. D'AUTRE PART, ET AFIN DE METTRE EN CORRESPONDANCE LES OBSERVATIONS REALISEES PAR LES CAPTEURS ET LES OBSTACLES COMPOSANT L'ENVIRONNEMENT, NOUS REPRESENTONS CEUX-CI PAR DES CLASSES D'APPARTENANCE PLUTOT QUE DES SEGMENTS DE DROITE. CETTE REPRESENTATION S'AVERE TRES UTILE LORSQU'ON SOUHAITE PROPAGER UNE INCERTITUDE D'UN REPERE A L'AUTRE ET AFFECTER UNE OBSERVATION QUAND ELLE EST SUSCEPTIBLE D'APPARTENIR A PLUSIEURS CLASSES. LA DERNIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EXPOSE UN SCHEMA DE COMMANDE POUR L'ASSERVISSEMENT DU VEHICULE AUTOUR D'UNE TRAJECTOIRE DE REFERENCE. NOUS PROPOSONS UNE LOI DE COMMANDE INSPIREE D'UNE LOI DE COMMANDE DE SUIVI DE PAROIS QUI DECOUPLE LE PROBLEME DE L'ASSERVISSEMENT LATERAL DU VEHICULE ET CELUI DE L'ASSERVISSEMENT LONGITUDINAL PAR RAPPORT A LA TRAJECTOIRE DESIREE. CECI PERMET D'AVOIR DEUX BOUCLES DE COMMANDE INDEPENDANTES POUR CORRIGER CHACUNE DE CES ERREURS
