UPJV, Département EEA Master 2 EEAII
Parcours ViRob
Fabio MORBIDI
Laboratoire MIS !
Équipe Perception et Robotique!
E-mail: [email protected]!
Semestre 9, 2015/2016
Mardi 9h30-12h30 et 15h00-17h30 Salle TP101
Plan du cours
1ère partie: Perception avancée
2ème partie: Robotique mobile
Ch. 1: Introduction Ch. 2: Locomotion
Ch. 3: Décision et contrôle
Ch. 1: Perception pour la robotique Ch. 2: Modélisation d’incertitudes Ch. 3: Traitement des mesures
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
Partie 3: Robots mobiles à roues
La locomotion à roue
◦ La plus répandue
◦
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
Les robots à 2 roues peuvent être stables aussi
◦
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
Scooter électrique Mini Smart
Problèmes
◦
Traction
◦
Stabilité
◦
Manœuvrabilité
◦
Contrôle
◦
Contrainte sur milieu de déplacement (terrain plan, peu accidenté)
Hauteur obstacle h << rayon des roues r
Solution: roues larges, locomotion type char
La locomotion à roue
r h
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
(ou pivot ou jockey) 3 DDL
Rotation autour de l’axe de la roue
Rotation autour du point de contact
Rotation autour du pivot
ϕ
rLa locomotion à roue: conception
Vitesse tangentiale
Roues standards*
rϕ˙
d
ϕ
ϕ
*Les roues peuvent être motorisées ou passives
Pivot
5 classes cinématiques (châssis unique)
N = N
f+ N
s+ N
oClasse 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 un pas sur l’axe commun des deux roues fixes V Nf = 0, Ns ≥ 2 (synchronisées si Ns > 2)
N = nombre des roues
Nf = nombre des roues fixes
Ns = nombre des roues centrées orientables («steerable») No = nombre des roues décentreés orientables
où
Cl. I: N
o= 3 Cl. II: N
f= 2, N
o= 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
Robot
omnidirectionnel
Roues omnidirectionnelles
◦
a) Roue suédoise (ou mecanum)
3 DDL Rotation autour de l’axe motorisé de la roue
Rotation autour des roulettes transverses
Rotation autour du point de contact
◦
b) Roue sphérique
Principe inverse de la souris du PC
Réalisation ardue
La locomotion à roue: conception
a) b)
suédoise 90o suédoise 45o
suédoise 45o
Roulettes passives
La locomotion à roue: conception
• Les 4 types de roue 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 sphérique sont moins contraintes
• Seul l’axe principal de la roue suédoise est actionné, les roulettes 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:
• 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
La locomotion à roue: conception
Remarques:
La locomotion à roue: conception
(sphérique, suédoise) Roues motorisées ou passives
Configurations de roues pour véhicules roulants
Remarque: 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 (ex. deux roues fixes non parallèles: le robot ne pourrait pas aller en ligne droite)
La locomotion à roue: conception
(*) Configuration rarement utilisée: manœuvrabilité modérée et commandabilité très pauvre
(*)
Configurations de roues pour véhicules roulants
La locomotion à roue: conception
(roue «castor»
ou folle)
, e-Puck EPFL
3
Configurations de roues pour véhicules roulants
La locomotion à roue: conception
Configurations de roues pour véhicules roulants
La locomotion à roue: conception
4
Configurations de roues pour véhicules roulants
La locomotion à roue: conception
4
Configurations de roues pour véhicules roulants
La locomotion à roue: conception
◦ En statique: deux roues minimum
Centre de gravité sous l’axe des deux roues
Exemple: Cye de Probotics
◦ Robot domestique
◦ Porte aspirateur
