b) Mouvement du robot

Un avantage majeur des robots bipedes sur les robots mobiles a roues, est qu'un capteur place sur une jambe balaye verticalement l'environnement, selon les mouvements de balancement de cette jambe pendant la marche. Ce mouvement de balayage vers le haut et vers le bas fournit des informations supplementaires. Par exemple, lorsque le capteur

7.2 Determination du placement des capteurs 141

est positionne sur le tibia, le capteur balaye aussi le sol pendant la phase de balancement. Avec le robot bipede, nous pouvons ainsi detecter des trous eventuels dans le sol, un sol accidente, ou la presence d'escaliers.

c) Capteurs

Les capteurs proximetriques ayant une portee de 3 metres nous semblent susants, puisqu'au-dela de 3 metres, nous pouvons estimer que l'environnement n'est pas local au robot. Ainsi, l'information concernant la detection locale d'obstacles n'est pas encore opportune pour faire changer le comportement du robot. De plus, le traitement de cette information alors inutile peut faire perdre du temps au traitement des autres informations, provoquant un temps de reponse plus long pour l'adaptation du mouvement du robot.

Par ailleurs, pour des raisons de securite liees au temps de reaction et d'adaptation a l'environnement, le robot doit avoir connaissance de la presence d'un obstacle susam-ment t^ot, temps qui depend de la vitesse du robot et de la distance de securite necessaire au robot pour s'arr^eter. L'arr^et depend de la position courante du robot. Dans un premier cas, le pied de balancement est derriere le pied de support, et le mouvement transitoire d'arr^et consiste a amener le pied de balancement pres de l'autre pied. Dans un second cas, le pied de balancement est devant le pied de support, et le mouvement transitoire d'arr^et consiste a poser le pied de balancement normalement, puis a amener le nouveau pied de balancement pres de l'autre pied. Ainsi, dans le pire des cas, nous pouvons prendre comme distance de securite necessaire a l'arr^et du robot, un peu plus de la longueur d'un

demi-pas. Selon les donnees de notre mouvement de reference de marche, un demi-pas fait 50cm.

D'autre part, nous souhaitons voir le robot evoluer sans risque dans un environnement humain. Idealement, le robot doit tout particulierement percevoir les obstacles et les trous au niveau du sol, an d'adapter son mouvement de marche en consequence. Par exemple, tant qu'il s'agit du sol plat, le robot poursuit son avancee, mais s'il rencontre un obstacle, il doit changer son mouvement : soit l'obstacle est susamment petit et alors, le robot peut l'enjamber, soit c'est une marche et le robot peut monter dessus pour la passer, soit l'obstacle est de taille trop grande et le robot doit le contourner. S'il s'agit d'un escalier montant, le robot doit alors choisir comme mode de locomotion la marche en montee d'escaliers. Si, a l'inverse, un trou est detecte dans le sol, le robot doit egalement s'adap-ter : si le trou est susamment petit, le robot passe par-dessus, sinon il doit chercher un autre chemin. S'il s'agit d'un escalier descendant, le robot change de mode de locomotion pour la descente d'escaliers. Un inter^et tout particulier est donc accorde a la detection au niveau du sol. Dans notre cas, nous avons commence a traiter l'obstacle et le trou simples. Pour realiser cette detection, les capteurs 3D ne sont pas assez precis pour determiner le point exact rencontre dans l'environnement. En eet, nous obtenons la distance capteur-obstacle, mais nous ne savons pas determiner sa direction, a cause de la faible directivite de ce type d'ondes. Par consequent, ces capteurs sont utilises comme detecteurs de presence. Nous pouvons placer ces capteurs sur le tronc et sur les jambes du robot. Toutefois, pour des raisons de problemes de fusion de donnees multi-capteurs, nous n'avons pas traite ce cas. Nous avons prefere nous concentrer sur les capteurs 1D, qui sont au contraire

H P L X Y O Z

Fig. 7.1: Espace a detecter, situe devant le robot et de dimensions celles du robot.

tres precis concernant la direction et la distance aux obstacles, ce qui permet de detecter l'environnement de maniere plus ne. De la m^eme maniere, nous ne souhaitons pas avoir des donnees contradictoires, probleme traite par la fusion multi-capteurs. Par consequent, nous considerons des modeles de capteurs sans bruit. Ces capteurs sont utilises pour reconna^tre les objets de l'environnement. C'est donc le placement de ces capteurs sur les jambes que nous allons etudier en detail.

7.2.2 Outil d'analyse : la carte de projection

Nous souhaitons que le robot percoive tous les obstacles susceptibles d'entraver son chemin. En eet, une collision pourrait grandement endommager le robot, en le faisant tomber notamment. Il est donc necessaire de detecter la presence d'obstacles devant le robot, dans un espace dont les dimensions sont celles du robot, pour ce qui est de la hauteur et de la largeur (cf. Figure 7.1).

Les capteurs places en divers endroits sur le robot doivent balayer au mieux de leur rayon cet espace a detecter. Nous choisissons donc de determiner l'espace balaye par les capteurs, au cours d'un cycle de marche. De cette maniere, nous avons un cycle complet de mouvement pour chaque capteur. Durant ce cycle de marche du robot qui avance selon

l'axe (OX), nous calculons les coordonnees puis la projection sur le plan (O;

, ! Z; , ! Y ), du

rayon pour tout capteur 1D, et de la zone detectee pour tout capteur 3D. Nous obtenons ainsi une carte de projection des endroits detectes dans l'espace par les capteurs, pendant un cycle de marche.

En appliquant ce procede a tous les capteurs positionnes sur le robot, nous visualisons les zones detectees selon la conguration des capteurs sur le robot (cf. Figure 7.2). Cette carte de projection permet donc faire appara^tre la densite de detection. Nous avons ainsi un outil pour choisir parmi diverses congurations de capteurs, celles qui nous paraissent les plus appropriees au sens ou tous les obstacles sont detectes, avec un nombre restreint de capteurs, selon les hypotheses de travail denis dans le paragraphe 7.2.1.

7.2 Determination du placement des capteurs 143

O Y Z X plan de projection à un instant donné

Fig. 7.2: Carte deprojection.

7.2.3 Analyse de plusieurs placements

Nous souhaitons placer des capteurs sur le robot de maniere appropriee. Tout d'abord, ce placement depend fortement du type d'environnement dans lequel le robot doit se deplacer. Puisque notre robot doit evoluer dans des environnements humains, nous avons modelise deux scenes qui representent des types d'environnements humains possibles. La premiere scene est une salle a manger composee de dierents meubles, d'obstacles poses sur le sol et d'une montee d'escaliers (cf. Figure 7.3). La seconde scene represente une partie de b^atiment, comprenant deux pieces de type bureau, a deux etages dierents, l'une au-dessus de l'autre. Pour passer d'une piece a l'autre, il faut emprunter des corridors etroits, ainsi que des escaliers en U (cf. Figure 7.4). Nous presentons maintenant la methodologie utilisee pour etudier le placement des capteurs sur le robot pour ces environnements.

a) Methodologie

Il existe divers types de capteurs, et a priori, nous pouvons les placer n'importe ou et n'importe comment sur le robot. Cependant, certains placements sont plus judicieux que d'autres. Nous souhaitons etudier le placement des capteurs sur le robot, an de determiner celui qui est le plus interessant, c'est-a-dire qui permette de detecter le mieux les obstacles, et si possible avec le moins de capteurs, pour des raisons de poids, d'en-combrement et de co^ut. Comme nous l'avons souligne au paragraphe 7.2.1, nous pouvons mettre a prot le mouvement de balancement des jambes au cours de la marche pour faire avec les capteurs 1D, non seulement de la detection d'obstacles au sol, mais aussi de la reconnaissance du type des obstacles et de leurs dimensions. Nous nous concentrons donc dans un premier temps sur la detection et la reconnaissance au niveau du sol, avec des capteurs 1D places et orientes dans le plan sagittal. Cela nous permet donc de faire de la reconstruction du prol de l'environnement avec les algorithmes du paragraphe 6.3.3.

Fig.7.3: Premiere scene modelisee : salle a manger.

7.2 Determination du placement des capteurs 145

Dans un second temps, nous ajoutons d'autres capteurs, eventuellement 3D ou orientes de biais par rapport au plan sagittal, an de detecter les obstacles au niveau de la partie superieure du robot et sur les c^otes.

Plusieurs parametres interviennent dans l'etude du placement des capteurs sur le ro-bot. Tout d'abord, les capteurs peuvent ^etre places en divers endroits sur le robot, selon diverses orientations, et avec des portees variees. Ensuite, le nombre de capteurs en chaque position peut apporter des informations supplementaires pour la detection de l'environne-ment \en largeur". Le critere a satisfaire est de detecter l'environnel'environne-ment le mieux possible et susamment t^ot. En eet, le robot doit avoir le temps de s'arr^eter en toute securite, et pour cela, il doit avoir la place necessaire pour nir son pas, voire pour faire un pas supplementaire. Un autre critere est d'assurer une perception continue de l'environne-ment, c'est-a-dire qu'a chaque instant, au moins un capteur detecte quelque chose. Nous nous interessons a la detection d'un obstacle au sol et d'un trou dans le sol, que nous considerons comme etant les cas de base des objets que nous pouvons rencontrer dans l'environnement. Nous recherchons la conguration de capteurs qui convient le mieux a cette detection.

Pour cela, nous proposons plusieurs positionnements et plusieurs orientations des cap-teurs sur le robot, pour dierentes portees de capcap-teurs. Ensuite, nous testons les diverses congurations de capteurs obtenues sur des simulations de marche du robot, pour detecter un obstacle au sol, puis un trou dans le sol. Enn, nous proposons a partir de la meilleure conguration \canonique" obtenue precedemment, des congurations analogues, mais avec dierents nombres de capteurs sur le robot, an de detecter les objets dans la largeur. Nous comparons ces congurations au moyen de la carte de projection, et nous en deduisons la conguration nale qui nous para^t la meilleure.

Dans le document Simulation graphique d'un robot bipède dans un environnement structuré (Page 141-146)