Localisation et modélisation tridimensionnelles pour un robot mobile autonome tout terrain PDF Download
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Author: Philippe Fillatreau
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 185
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Book Description
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: Philippe Fillatreau
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 185
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Book Description
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: Pierre Lamon
Publisher: Springer
ISBN: 3540782877
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 113
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Book Description
Rough terrain robotics is a fast evolving field of research and a lot of effort is deployed towards enabling a greater level of autonomy for outdoor vehicles. This book demonstrates how the accuracy of 3D position tracking can be improved by considering rover locomotion in rough terrain as a holistic problem. Although the selection of appropriate sensors is crucial to accurately track the rover’s position, it is not the only aspect to consider. Indeed, the use of an unadapted locomotion concept severely affects the signal to noise ratio of the sensors, which leads to poor motion estimates. In this work, a mechanical structure allowing smooth motion across obstacles with limited wheel slip is used. In particular, it enables the use of odometry and inertial sensors to improve the position estimation in rough terrain. A method for computing 3D motion increments based on the wheel encoders and chassis state sensors is developed. Because it accounts for the kinematics of the rover, this method provides better results than the standard approach. To further improve the accuracy of the position tracking and the rover’s climbing performance, a controller minimizing wheel slip is developed. The algorithm runs online and can be adapted to any kind of passive wheeled rover. Finally, sensor fusion using 3D-Odometry, inertial sensors and visual motion estimation based on stereovision is presented. The experimental results demonstrate how each sensor contributes to increase the accuracy and robustness of the 3D position estimation.
Author: Jose A. Castellanos
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 146154405X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 212
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Book Description
During the last decade, many researchers have dedicated their efforts to constructing revolutionary machines and to providing them with forms of artificial intelligence to perform some of the most hazardous, risky or monotonous tasks historically assigned to human beings. Among those machines, mobile robots are undoubtedly at the cutting edge of current research directions. A rough classification of mobile robots can be considered: on the one hand, mobile robots oriented to human-made indoor environments; on the other hand, mobile robots oriented to unstructured outdoor environments, which could include flying oriented robots, space-oriented robots and underwater robots. The most common motion mechanism for surface mobile robots is the wheel-based mechanism, adapted both to flat surfaces, found in human-made environments, and to rough terrain, found in outdoor environments. However, some researchers have reported successful developments with leg-based mobile robots capable of climbing up stairs, although they require further investigation. The research work presented here focuses on wheel-based mobile robots that navigate in human-made indoor environments. The main problems described throughout this book are: Representation and integration of uncertain geometric information by means of the Symmetries and Perturbations Model (SPmodel). This model combines the use of probability theory to represent the imprecision in the location of a geometric element, and the theory of symmetries to represent the partiality due to characteristics of each type of geometric element. A solution to the first location problem, that is, the computation of an estimation for the mobile robot location when the vehicle is completely lost in the environment. The problem is formulated as a search in an interpretation tree using efficient matching algorithms and geometric constraints to reduce the size of the solution space. The book proposes a new probabilistic framework adapted to the problem of simultaneous localization and map building for mobile robots: the Symmetries and Perturbations Map (SPmap). This framework has been experimentally validated by a complete experiment which profited from ground-truth to accurately validate the precision and the appropriateness of the approach. The book emphasizes the generality of the solutions proposed to the different problems and their independence with respect to the exteroceptive sensors mounted on the mobile robot. Theoretical results are complemented by real experiments, where the use of multisensor-based approaches is highlighted.
Author: Moe͏̈z Cherif
Publisher:
ISBN: 9782726109847
Category :
Languages : fr
Pages : 135
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Book Description
Le problème aborde dans cette thèse concerne la planification de mouvements d'un robot mobile articulé destiné à évoluer sur un terrain accidenté. Dans un tel contexte, le véhicule est soumis a diverses contraintes dépendant de la dynamique et la cinématique de son système mécanique, la géometrie du terrain et des obstacles, et les propriétés physiques des zones de contact et des interactions échangées entre les roues et le sol. La contribution de cette thèse porte sur la prise en compte de ces différents aspects et contraintes dans la résolution du problème de planification de mouvements. La solution proposée consiste à intégrer et combiner divers types de représentations avec un algorithme à deux niveaux de raisonnement complémentaires. Le premier niveau opère de manière discrète dans un sous-espace de l'espace des configurations du robot et traite de la détermination de sous-buts potentiels à atteindre par celui-ci en considérant les contraintes cinématiques et de non-collision aux obstacles. Le second niveau de raisonnement est appliqué localement et a pour rôle la validation de l'accessibilité effective des différents sous-buts par la recherche de trajectoires exécutables en présence des contraintes dynamiques et d'interactions. Cette étape est effectuée en considérant la formulation du problème de planification dans l'espace des états du robot et l'introduction de représentations spécifiques basées sur le concept des "modèles physiques".
Author: CARLOS ALBERTO.. PARRA RODRIGUEZ
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 128
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Book Description
CETTE THESE PORTE SUR LA MODELISATION D'ENVIRONNEMENTS NATURELS POUR LA NAVIGATION D'UN ROBOT MOBILE AUTONOME. L'ENVIRONNEMENT INCONNU EST PERCU INCREMENTALEMENT PAR LE ROBOT AU MOYEN D'UN SYSTEME COMPOSE D'UN CAPTEUR 3D (TELEMETRE LASER OU VISION STEREOSCOPIQUE) ET D'UN CAPTEUR VISUEL 2D. LA CONTRIBUTION PRESENTEE DANS CE MEMOIRE SE SITUE AU NIVEAU DE LA MODELISATION DU TERRAIN PAR OBJETS AINSI QUE DU POINT DE VUE TOPOLOGIQUE. CE TYPE DE MODELE EST APPLICABLE A UN ENVIRONNEMENT PEU ACCIDENTE, MAIS PARSEME D'OBSTACLES. UNE GENERALISATION DU MODELE PAR OBJETS DE L'ENVIRONNEMENT EST D'ABORD ETABLIE. CELUI-CI SE DECOMPOSE EN DEUX ENTITES ELEMENTAIRES : LES REGIONS NAVIGABLES (SOLS) ET LES OBSTACLES (PROTUBERANCES OU DEPRESSIONS). POUR BIEN DELIMITER TOUTES LES REGIONS, UNE METHODE DE SEGMENTATION 3D FONDEE SUR DES METHODES OPTIMALES DE SELECTION DE SEUIL EST PROPOSEE. DE PLUS, UNE METHODE BASEE SUR LES B-SPLINES EST UTILISEE POUR MODELISER LES CONTOURS. LES CONTOURS DELIMITANT LES REGIONS, SONT AINSI INTRODUITS DANS LE MODELE ET SONT EMPLOYES POUR LA LOCALISATION DU ROBOT. ENSUITE, UNE APPROCHE PERMETTANT LA FUSION MULTISENSORIELLE DE DONNEES 2D ET 3D EST INTRODUITE. ELLE PERMET D'ENRICHIR LA SEMANTIQUE DU MODELE, CE QUI REND PLUS ROBUSTE LA MISE EN CORRESPONDANCE, GRACE A LA COOPERATION ENTRE UN PROCESSUS DE SUIVI 2D DES OBJETS APPARIES ET LE PROCESSUS DE MODELISATION. ENFIN, UNE REPRESENTATION TOPOLOGIQUE EST PROPOSEE. L'ENVIRONNEMENT EST DECOMPOSE EN DIFFERENTS LIEUX PHYSIQUES. CHAQUE LIEU CONSTITUE UNE NOUVELLE REGION DE L'ESPACE DANS LAQUELLE LE ROBOT EVOLUE AU COURS DE SA TACHE D'EXPLORATION. LES LIEUX SONT DELIMITES PAR LES CHANGEMENTS DE SURFACES DU TERRAIN. LES RELATIONS ENTRE LES SURFACES SONT DECRITES DANS UN GRAPHE. LES DIFFERENTES METHODES DEVELOPPEES ONT FAIT L'OBJET D'UNE VALIDATION SUR PLUSIEURS SEQUENCES D'IMAGES PRISES PAR LE ROBOT SUR LES TERRAINS GEROMS (ENVIRONNEMENT LUNAIRE) ET EDEN (ENVIRONNEMENT NATUREL TERRESTRE).
Author: Mathieu Deremetz
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les problématiques de recherche abordées dans cette thèse concernent la conceptualisation, la modélisation et la commande générique des robots mobiles lors de leur évolution en milieux extérieurs et en présence de glissement pour des applications de suivi de précision. Ainsi, ce mémoire synthétise dans un premier temps les développements et résultats obtenus lors du suivi de trajectoire (localisation absolue), puis synthétise ensuite ceux obtenus lors de suivi de structure et de cible (localisation relative). Une dernière partie introduit un concept de plateforme robotique reconfigurable et sa commande associée pour adapter l'assiette et les dimensions du châssis en fonction de la topographie du terrain.Pour chaque application de suivi, ce mémoire présente un panel de lois de commande originales pour des robots différentiels, à un train et à deux trains directeurs. Chaque modalité de commande est présentée en quatre étapes : modélisation, estimation, commande et expérimentations. La première contribution majeure de la thèse concerne l'estimation du glissement. Cette dernière est adaptative et basée modèle. Elle intègre la modélisation cinématique étendue seule ou couplée à la modélisation dynamique du robot mobile pour assurer une estimation intègre quels que soient la vitesse, les phénomènes dynamiques rencontrés et la nature du sol. La seconde contribution majeure concerne le développement d'une stratégie de commande générique pour les robots mobiles. Cette stratégie est basée sur le principe de la commande en cascade (ou par backstepping) et est déclinée dans ce mémoire à travers un panel de lois de commande. Cette méthodologie de commande, lorsqu'elle est associée à l'observation du glissement précédent, permet d'obtenir des performances de suivi accrues quel que soit le contexte rencontré. L'ensemble des algorithmes ont été validés en simulation et/ou expérimentalement à l'aide de différentes plateformes robotiques en contextes réels.
Author: Luc Jaulin
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1784050873
Category : Mobile robots
Languages : fr
Pages : 275
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Book Description
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.
Author: Stéphane Betgé-Brezetz
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
CETTE THESE PORTE SUR LA MODELISATION D'ENVIRONNEMENTS NATURELS ET LA LOCALISATION D'UN ROBOT MOBILE AUTONOME. L'ENVIRONNEMENT, INCONNU OU PARTIELLEMENT CONNU AU DEPART, EST PERCU INCREMENTALEMENT PAR LE ROBOT AU MOYEN D'UN CAPTEUR 3D (TELEMETRE LASER OU VISION STEREOSCOPIQUE). LES DOMAINES D'APPLICATION DE CE TRAVAIL SE SITUENT DANS LE CADRE DE LA ROBOTIQUE MOBILE D'INTERVENTION ET DE L'EXPLORATION PLANETAIRE. UNE PREMIERE PARTIE ETABLIT SOUS LA FORME D'UN CAHIER DES CHARGES LES CARACTERISTIQUES QUE DOIT PRESENTER LE MODELE DE L'ENVIRONNEMENT ET FAIT UNE ANALYSE CRITIQUE DES DIFFERENTES REPRESENTATIONS ETUDIEES DANS LA LITTERATURE. L'APPROCHE PROPOSEE EST ALORS INTRODUITE ET SE BASE SUR UNE DECOMPOSITION DE L'ENVIRONNEMENT EN DEUX ENTITES ELEMENTAIRES: LE SOL ET LES OBJETS. LA DEUXIEME PARTIE PORTE SUR LA MODELISATION D'UNE PERCEPTION. ELLE PRECISE COMMENT LE ROBOT SEGMENTE LE SOL ET LES OBJETS A PARTIR DES IMAGES 3D ET L'ILLUSTRE PAR DE NOMBREUX EXEMPLES SUR DES DONNEES ISSUES DE SCENES ET DE CAPTEURS DIFFERENTS. UN MODELE GEOMETRIQUE EST CALCULE INDEPENDAMMENT POUR CHACUN DES OBJETS ET DES RELATIONS TOPOLOGIQUES (CARACTERISANT LEURS DISPOSITIONS RELATIVES) SONT ETABLIES ENTRE EUX. DES OBJETS PARTICULIERS, APPELES AMERS, SONT SELECTIONNES SUR LA BASE DE CRITERES DE PRECISION ET DE DISTINCTION. LE ROBOT IDENTIFIE POUR CHACUN D'EUX LEUR SOMMET QUI EST UNE CARACTERISTIQUE RECONNAISSABLE ET EN CALCULE LA POSITION ET L'INCERTITUDE EN FONCTION DE LA FORME DE L'AMER ET DE LA RESOLUTION DU CAPTEUR. LA TROISIEME ET DERNIERE PARTIE TRAITE DE LA MODELISATION INCREMENTALE DE L'ENSEMBLE DE L'ENVIRONNEMENT. APRES CHAQUE PERCEPTION, LE ROBOT CHERCHE A RECONNAITRE LES AMERS OU UNE CONFIGURATION D'AMERS DANS LE MODELE. LES APPARIEMENTS TROUVES LUI PERMETTENT DE REESTIMER A LA FOIS SA POSITION ET SON INCERTITUDE AINSI QUE CELLES DES AMERS.
Author: Sara Fleury
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 179
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Book Description
Author: Anthony Mallet
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 143
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Book Description
Cette thèse aborde le problème de la localisation d'un robot mobile autonome en environnements naturels. La première partie du mémoire s'intéresse aux méthodes algorithmiques pouvant fournir une estimation de position et une classification de ces différentes méthodes en trois grandes catégories est proposée. La première classe présentée est dite " locale ". Elle repose sur un niveau d'abstraction très faible et utilise des données " brutes " ; la position du robot est calculée de façon incrémentale, par cumul de déplacements élémentaires. L'odométrie appartient à cette classe et ce document présente une analyse de ses performances. Une méthode originale d'estimation visuelle des déplacements est également proposée. Elle utilise la stéreo-vision et effectue le suivi de pixels dans une séquence d'images vidéo pour en déduire des déplacements élémentaires. Cette méthode permet de pallier certains inconvénients de l'odométrie, notamment en terrains accidentés. Les positions produites par les méthodes locales sont cependant sujettes à des dérives inexorables. Il est donc nécessaire d'utiliser des méthodes de la seconde classe --- dite " globale ". Celles-ci permettent, dans certaines circonstances, de réduire la dérive des méthodes locales (on trouve notamment dans cette catégorie les méthodes de localisation sur amers). Une méthode basée sur des cartes d'élévations est présentée. Cette représentation permet un recalage en position par minimisation d'une distance entre une image 3D locale et le modèle. De plus, grâce à une technique particulière de construction, une mémorisation de la trajectoire du robot permet de rétro-propager des modifications sur certaines positions et de garantir ainsi une (meilleure) cohérence spatiale du modèle. La dernière catégorie, regroupant les méthodes de localisation par rapport à un modèle initial ou les méthodes " absolues ", ne sont pas abordées dans ce document. La deuxième partie du mémoire analyse les problèmes posés par l'intégration des diverses méthodes à bord d'un robot dans le but de doter celui-ci d'un éventail de fonctionnalités, éventuellement redondantes. Une démonstration de navigation, réalisée grâce au robot Lama du groupe RIA du LAAS, est détaillée. L'intégration a été réalisée à travers le formalisme défini dans l'architecture LAAS (architecture pour les systèmes autonomes) et a abouti à la précision, au sein de cette architecture, du cadre nécessaire aux fonctionnalités de localisation. Notamment, les problèmes du datage des données et de fusion des informations de position sont pris en compte et une réflexion sur les transferts de données est proposée.
