UPJV, Département EEA Master 2 EEAII
Parcours ViRob
Fabio MORBIDI
Laboratoire MIS !
Équipe Perception et Robotique!
E-mail: fabio.morbidi@u-picardie.fr!
Mardi 9h30-12h30 et 15h00-17h30 Salle TP101
Plan du cours
Chapitre 1: Perception pour la robotique [F. Morbidi]
Chapitre 2: Modélisation d’incertitudes [D. Kachi]
1. Introduction
3. Typologies de capteur
2. Classification des capteurs
1. Introduction
3. Représentation statistique 2. Représentation de l’incertitude
4. Propagation de l’erreur: fusion des mesures de l’incertitude
Chapitre 3: Traitement des mesures [D. Kachi]
1. Réseau multi-capteurs 2. Fusion des mesures
Partie I : Perception Avancée
Chapitre 1: Introduction [F. Morbidi]
Plan du cours
Partie II : Robotique Mobile
1. Petit historique
3. Marché mondial et besoins technologiques 2. Systèmes, locomotions, applications
Chapitre 2: Locomotion [F. Morbidi]
1. Effecteurs et actionneurs
3. Robots mobiles à roues 2. Robots mobiles à jambes
4. Robots mobiles aériens
Chapitre 3: Décision et contrôle [F. Morbidi]
1. Commandabilité d’un robot 2. Architectures de contrôle
• Introduction to Autonomous Mobile Robots
R. Siegwart, I.R. Nourbakhsh, D. Scaramuzza, MIT press, 2ème édition, 2011 [Ch. 1-3]
Bibliographie
• Theory of Robot Control
C. Canudas-de-Wit, B. Siciliano, G. Bastin (Éds.), Springer 1996 [Ch. 7]
• Handbook of Robotics
B. Siciliano, O. Khatib (Éds.), Springer 2008
- Ch. 17, “Wheeled robots”, G. Campion, W. Chung
- Ch. 34, “Motion control of wheeled mobile robots”, P. Morin, C. Sanson
Ch. 1: Introduction
Petit historique
Systèmes, locomotions, applications
Marché mondial et besoins technologiques
Partie 2
Partie 3
Partie 1
Un robot mobile est la combinaison de composants matériels (mécanique, hardware) et immatériels (logiciels, software)
Catégories fonctionnelles:
• Locomotion/manipulation
• Perception (localisation, reconnaissance d’objets et de scènes)
• Raisonnement (apprentissage, planification, navigation)
• Communication (R/R, R/H, H/R)
• Emotions ?
• Comportement social ?
Asimo, Honda Rollin’ Justin, DLR youBot, KUKA
Chaîne de montage Tâches répétitives
Prédictible Contrôlable
Environnement naturel Dynamique, Incertain ! VS.
(cours M1 de “Robotique Industrielle”)
Premiers robots mobiles
• “Robot boat” de Nikola Tesla (1898) Navire télécommandé
Madison Square Garden, New York, Electrical Exhibition
• “Canard” de Jacques de Vaucanson (1739) Canard articulé en cuivre capable de boire, manger, cancaner, déplacer les ailes et
digérer comme un véritable animal « Automate »
« Shakey » Stanford Research Institute (1966)
• Premier robot mobile percevant son
environnement
• Capteurs
•
Caméra
•
Télémètre
•
Contact
« Genghis » MIT (1988)
◦ Six pattes
◦ Apprentissage autonome
Franchissement d’obstacles
Réaction de chaque jambe à l’environnement
Programme de contrôle très simple
Maintenant au Smithsonian Air and Space Museum (Washington DC)
Deux paradigmes différents
Shakey (1966) Genghis (1988) Pensée, raisonnement Action, comportement Intelligence: cerveau Intelligence: organisme Intelligence artificielle Vie artificielle
Traitement d’information
Coordination sensori-motrice
Pensée cartésienne Centré sur l’agent, basé action
Tendance récente (dix dernières années)
•
Robotique coopérative: essaims, troupeaux, flottes, équipes, formations de robots
•
Contrôle décentralisé ou distribué
“Consensus and Cooperation in Networked Multi-agent Systems”, R. Olfati-Saber, J.A. Fax, R.M. Murray, Proc. of the IEEE, vol. 95, n. 1, pp. 215-233, 2007
Autoassemblage programmable:
“Essaim d'un millier de robots”
(Science, 2014)
Video
Flottes de robots terrestres
Kilobot
Voestalpine Klangwolke, Linz, Autriche, 1 sept. 2012 – 49 AscTec Hummingbirds
Flottes de robots aériens
Spectacles de lumière
(« feux d'artifice robotiques »)
Video
Micro-hélicoptère à quatre pales (quadrirotor)
Projet Flyfire (laboratoire SENSEable City) en collaboration avec le laboratoire ARES du MIT
Écrans interactifs 3D
Video
Flottes de robots aériens
Le milieu hostile
• Industrie nucléaire
• Exploration: planétaire (par ex. robot Philae), sous-marine, volcanique, spéléologique
• Surveillance: robots militaires (par ex. drone Predator de l’US Air force)
• Sauvetage lors de catastrophes naturelles (tremblements de terre, inondations, avalanches)
Les travaux répétitifs
• Nettoyage
• Automatisation des entrepôts
• Domaine agricole
Applications
◦ Robot40 par Cleanfix
◦ Nettoyage de gymnases
◦ Navigation basée sonars et infrarouge
◦ VC-RE70V par Samsung
◦ Aspirateur autonome
◦ Exploration exhaustive
◦ SLAM visuel « plafond »
◦ Capteur optique: mesure la pollution de l’air aspiré
◦ Roomba par iRobot
◦ Nettoyage de maisons
◦ Brosse rotative
◦ Bumpers
Nettoyage
Automatisation des entrepôts
Amazon Robotics, ex Kiva Systems (2011) et Exotec Solutions
• Flotte de robots mobiles
• Stockage global par logiciel gestionnaire
• Déplacements auto-gérés
Domaine agricole
Robot Oz par Naïo Technologies
•
Désherbage automatiqueApplications
Le service
◦ Médicine
Pilules robotiques
◦ Aide aux handicapés/personnes âgées (fauteuil roulant autonome)
◦ Robot guide (musées, centres commerciaux)
http://sssa.bioroboticsinstitute.it
Projet EU COALAS
Caméra panoramique
Robot Enon, Fujitsu
Robot manipulateur vs. robot mobile
Robots manipulateurs
o Très implanté sur les lignes d’assemblage
o Manque de mobilité évidente
o Mouvements limités
• A l’opposé: robot mobile
• Problématiques de mobilité (déplacement en autonomie)
• Mécanismes de locomotion
complexes
Environnement hostile
locomotion non conventionnelle
◦ « Rovers » NASA sur Mars
◦ Sojourner (1997)
◦ Spirit et Opportunity (2004)
◦ Curiosity (2012)
◦ Téléopérés depuis la Terre, mais détection automatique
d’obstacles
Systèmes et locomotions
Sojourner Spirit
Curiosity
Suspension de type rocker-bogie
Même sur terre …
◦ Premier robot marchant appliqué
◦ Conçu pour sortir le bois de la forêt
◦ Coordination automatique des jambes
◦ Navigation par opérateur humain sur le robot
(téléopération)
Robot Plustech
Systèmes et locomotions
Snakebot, Carnegie Mellon University
Robots rampants
◦ Inspiration: locomotion des serpents
◦ Modulaires et flexibles
◦ Déplacement sur tous les terrains (insertion dans passages étroits)
◦ Idéals pour missions de sauvetage
• Véhicules chenillés
Systèmes et locomotions
Magnebike (ETH + ALSTOM)
◦ Roues magnétiques
◦ Grande mobilité
◦ Inspection de structures complexes
◦ Tuyaux
◦ Pipelines
◦ Turbines
Systèmes et locomotions
Gibbot (NxR lab, Northwestern University)
• Robot « singe »
• Brachiation
• Deux extrémités magnétiques
• Déplacement sur parois métalliques
ParkourBot (Northwestern et Carnegie Mellon University)
◦ Robot sauter/grimper
◦ Deux jambes élastiques
◦ Application: inspection de tuyaux
Video
Systèmes et locomotions
Sirius (University of Sydney)
◦ Véhicule sous-marin autonome (AUV)
◦ Cartographie 3D du fond sous-marin
◦ Assemblage d’images stéréo (mosaïque)
Systèmes et locomotions
Les drones
◦ Voilure fixe
Non motorisée
◦ Planeur
Motorisée
◦ Traction
◦ Propulsion
◦ Voilure tournante
Birotor
Quadrirotor
Hexarotor
◦ Voilure battante
◦ Plus léger que l’air
Dirigeable
Systèmes et locomotions
AscTec Firefly DJI Phantom 1
Volatiloïde
◦ SmartBird (Festo)
◦ Hummingbird (AeroVironment)
Systèmes biomimétiques
Poissonoïde
◦ Airacuda (Festo)
Commande pneumatique
«Muscles» fluides
• Insectoïde
• Genghis
• Plantoïde
• Projet U.E.
«Plantoid»
• Humanoïde
Video
Marché mondial et besoins technologiques
Aujourd’hui
◦
Industrie: 20%
◦
Robotique personnelle et de service: 72%
2025
◦
Industrie: 15%
◦
Robotique personnelle et de service: 77%
Robotique personnelle
seule: de 5G$ à 50G$ !
Robotique de service
◦ Robot semi ou complètement autonome
◦ Robot réalisant des tâches pour les humains … … hormis les opérations de manufacture
Stock de robots de service pour pros: x1.5 en 4 ans (de 63000 à 112000); 1er secteur: sécurité/défense
Ventes de robots domestiques: x2 en 4 ans (de 4.4 millions d’unités à 9.2 millions)
Ventes de robots ludiques: x2.5 en 4 ans (de 2.8 millions d’unités à 9.5 millions)
Marché mondial des robots*
1. e-puck
2. Khepera III 3. Koala 2.5
4. TurtleBot (iRobot Create + Microsoft Kinect, Willow Garage) 5. Pioneer (Adept mobilerobots)
6. AmigoBot (Adept mobilerobots)
Robots mobile pour la recherche et l’enseignement
EPFL, École Polytechnique Fédérale de Lausanne
5 1
2 3
4
6
Environnements de simulation/développement
• Robot Operating System (ROS)
• Ensemble de bibliothèques et outils (drivers, algorithmes, etc.) pour développer des applications robotiques
• Open source: www.ros.org
•
Gazebo• Simulation précise et efficace de populations de robots dans environnements intérieurs et extérieurs
• Moteur physique robuste, interfaces graphiques avancées
• Gratuit: http://gazebosim.org
V-rep (Virtual robot experimentation platform)
• 6 approches et 7 langages de programmation
• Destiné à chercheurs, amateurs, développeurs professionnels
• V-rep pro edu, gratuit: http://www.coppeliarobotics.com
Matlab
• Robotics System Toolbox, MathWorks (R2015b)