Fabio MORBIDI

UPJV, Département EEA Master 2 EEAII

Parcours ViRob

Fabio MORBIDI

Laboratoire MIS !

Équipe Perception et Robotique!

E-mail: [email protected]!

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

• 

Applications

  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); 1^er 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

• 

•  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)