Description du simulateur

Le simulateur développé se décline en deux versions. La première est dédiée à l’exécution de mission pré-planifiée tandis que la seconde sert de base à une simulation de télé-opération avec retour visuel simulé de la scène pour l’utilisateur. Nous présentons par la suite les spécificités de chacune des versions ainsi que les résultats associés mais nous commençons ici par donner une description des constituants du simulateur qui sont identiques d’une version à l’autre.

4.2.1.1 Système matériel

Robot Les actionneurs et leurs transmissions mécaniques associées sont modélisés par des systèmes dynamiques linéaires du second ordre perturbés par des couples résistants issus de la simulation de la dynamique de l’ensemble du système. Une formulation explicite du modèle dynamique est employée, autorisant ainsi une visualisation facilitée de l’évolution

de chacun des termes du modèle dynamique tel qu’il a été défini au chapitre2. Les butées articulaires ainsi que les saturations sur les vitesses et les accélérations sont aussi simulées. Le robot est modélisé par un ensemble de transferts continus. La gestion du « temps continu » par Matlab est faite par l’adaptation du pas de temps de résolution des équations différentielles à la dynamique courante du système. La fréquence d’échantillonnage de l’as- servissement articulaire étant fixée à 5 ms, le pas de temps variable, choisi par Matlab, ne peut pas être supérieur à cette valeur.

Environnement Deux types d’éléments environnementaux peuvent être simulés :

– des obstacles « bas », c’est à dire de hauteur inférieure à celle de la plateforme et qui ne peuvent pas entrer en collision avec le bras manipulateur ;

– des surfaces de contact ponctuel dont le comportement est modélisé, localement, par un ressort dans la direction normale à la surface de contact et dont la raideur peut être fixée. Le contact avec l’OT est supposé plan/plan et les efforts générés lors d’un contact se décomposent en deux composantes linéaires, l’une normale au plan de contact et liée au modèle du contact, l’autre tangentielle au plan de contact et calculée via un modèle du type coefficient de frottement statique de Coulomb.

Capteurs Les capteurs permettant de reconstruire la configuration du système sont consi- dérés comme parfaits et aucun glissement de la plateforme n’est simulé. L’information qu’ils fournissent est cadencée à une fréquence de 5 ms. Le capteur d’effort base sa mesure sur le modèle de contact. Cette mesure est cadencée à une fréquence réglée par défaut à 25 ms. Cette mesure est bruitée par un bruit aléatoire « continu », de valeur maximale inférieure à 90% du seuil de détection du contact.

La situation des obstacles et des surfaces de contact est supposée connue à une erreur de mesure relative près. L’ajout d’une telle erreur permet notamment de générer des impacts avant l’instant prévu par le plan initial et donc de tester la robustesse de la structure de commande face à de tels écarts.

4.2.1.2 Asservissements bas niveau

Les asservissements bas niveau des actionneurs sont similaires à ceux utilisés sur le robot réel. Ce sont des PID numériques avec saturation et remise à zéro dynamique du terme intégral (anti wind-up). Comme dans leur version réelle, des sécurités logicielles sont codées afin de limiter la sollicitation des actionneurs à un niveau qu’ils peuvent atteindre en mode nominal. Ces sécurités peuvent bien sûr être retirées afin d’appréhender les effets de telles sollicitations. La mise en œuvre de ces asservissements est réalisée en supposant que les paramètres des modèles des actionneurs ne sont pas parfaitement connus.

La période d’échantillonnage de ces asservissements peut être réglée et est par défaut choisie égale à celle des asservissements du manipulateur GT6A (en l’occurrence 5 ms).

A ces asservissements bas niveau est associé un modèle simple (gain + saturation) des variateurs de puissance.

4.2.1.3 Structure de commande opérationnelle

Elle est cadencée à une fréquence réglable fixée par défaut à 25 ms. Les différents blocs présentés dans le schéma 3.4 décrivant le fonctionnement de cette structure, à la fin du chapitre 3, sont présents dans le simulateur, simulateur dont le fonctionnement peut être décrit par ce schéma.

Génération des consignes opérationnelles et schéma de basculement C’est ici que se situe la différence entre les deux versions du simulateur.

Dans la version avec planification, ce bloc permet la génération d’un plan initial (planifi- cation de mouvement à partir d’informations fournies par l’utilisateur (situation de départ, d’arrivée, consigne d’effort) et des caractéristiques du système (vitesses admissibles ...). Il permet aussi l’adaptation du plan à partir des informations capteurs et la replanification partielle afin d’adapter la vitesse opérationnelle à l’optimisation des objectifs secondaires. Dans la version télé-opérée, les consignes opérationnelles sont issues d’un joystick virtuel contrôlé par l’utilisateur. Ces consignes passent par un filtre passe bas conçu et adapté en ligne pour respecter les contraintes sur les vitesses et accélérations du système.

Le schéma de basculement permet quant à lui la gestion du passage d’une tâche locale à une autre et gère la commutation des lois de commande et la génération des indicateurs destinés au planificateur.

Lois de commande opérationnelle Diverses lois de commande opérationnelle peuvent être intégrées. Leur paramètres sont bien sûr réglables. La contrainte sur la grandeur de commande des actionneurs impose des lois de commande cinématique. Citons parmi celles qui ont été testées un PID dans l’espace opérationnel pour le contrôle du mouvement en espace libre et une loi de commande hybride pour les tâches locales de manipulation mobile au contact. Nous revenons dans la partie résultat sur la structure de ces lois de commande.

Inversion cinématique Ce bloc se décompose en deux parties. La première gère la partie calcul de l’inversion cinématique (calcul de la pseudo-inverse pondérée, du projecteur ...). La seconde s’attache plus particulièrement à la gestion du terme lié à la redondance (u0). Elle permet l’évaluation des fonctions potentiel, l’arbitrage, la transition entre objectifs secondaires, la mise à l’échelle des vitesses et des accélérations et la génération d’indicateurs destinés au bloc de génération de consignes.