UPJV, Département EEA Master 2 EEAII
Parcours ViRob
Fabio MORBIDI
Laboratoire MIS
Équipe Perception et Robotique E-mail: [email protected]
Semestre 9, AU 2016-2017
Mercredi 14h00-16h30, Jeudi 10h00-12h30 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
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
3. Contrôle de mouvement 2. Architectures de contrôle
• Introduction to Autonomous Mobile Robots
R. Siegwart, I.R. Nourbakhsh, D. Scaramuzza, MIT press, 2ème éd., 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.), 1ère éd., Springer 2008 Ch. 17, “Wheeled robots”, G. Campion, W. Chung
Ch. 34, “Motion control of wheeled mobile robots”, P. Morin, C. Sanson B. Siciliano, O. Khatib (Éds.), 2ème éd., Springer 2016
Ch. 24, “Wheeled robots”, W. Chung, K. Iagnemma
Ch. 49, “Modeling and control of wheeled mobile robots”, P. Morin, C. Sanson, R. Lenain
Ch. 1: Introduction
Petit historique
Applications, systèmes, locomotions
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) [R = Robot, H = Humain]
•
Emotions ?
• Comportement social ?
Chaîne de montage Tâches répétitives
Prédictible Contrôlable
Environnement naturel Dynamique, Incertain ! VS.
(cf. cours M1 de “Robotique Industrielle”)
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
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, battre des 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
Tendance récente (dix dernières années)
•
Robotique coopérative: volées, troupeaux, cohortes, 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)
Vidéo
Cohortes de robots
Kilobot
Voestalpine Klangwolke, Linz, Autriche, 1 sept. 2012: 49 Hummingbirds de AscTec
Volées de robots
Spectacles de lumière
(« feux d'artifice robotiques »)
Vidéo
Micro-hélicoptère à quatre pales (quadrirotor)
Écran interactif 3D
Vidéo
Volées de robot
Ch. 1: Introduction
Petit historique
Applications, systèmes, locomotions
Marché mondial et besoins technologiques
Partie 2
Partie 3
Partie 1
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 en cas de catastrophes naturelles (tremblements de terre, inondations, avalanches)
• Déminage
Les travaux répétitifs
Applications
◦ Robot40 de Cleanfix
◦
Nettoyage de gymnases◦
Navigation basée sonars et infrarouge◦ VC-RE70V de Samsung
◦
Aspirateur autonome◦
Exploration exhaustive◦
SLAM visuel « plafond »◦
Capteur optique: mesure la pollution de l’air aspiré◦ Roomba de iRobot
◦
Nettoyage de maisons◦
Brosse rotative◦
BumpersNettoyage
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 de Naïo Technologies
•
Désherbage automatique•
Transport du matériel agricoleApplications
Le service
◦ Médicine
Pilules robotiques
◦ Aide aux handicapés/personnes âgées (fauteuil roulant autonome)
◦ Robot guide (musées, centres commerciaux)
Caméra panoramique
Environnement hostile
locomotion non conventionnelle
◦ « Rovers » NASA sur Mars
◦ Sojourner (1997)
◦ Spirit et Opportunity (2004)
◦ Curiosity (2012)
◦ Téléopérés depuis la Terre, mais détection automatique des 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)
Systèmes et locomotions
Snakebot, Carnegie Mellon University
Robots rampants
◦
Inspiration: locomotion des serpents
◦
Modulaires et flexibles
◦
Déplacement sur tous les terrains (insertion dans des passages étroits)
◦
Idéaux pour missions de sauvetage
• Véhicules chenillés
Systèmes et locomotions
Magnebike (ETHz + 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
ParkourBot (Northwestern et Carnegie Mellon University)
◦ Robot sauter/grimper
◦ Deux jambes élastiques
◦ Application: inspection de tuyaux
Vidéo
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
Firefly de AscTec Phantom 1 de DJI
Volatiloïde
◦ SmartBird de Festo
◦ Nano Hummingbird de AeroVironment
Systèmes biomimétiques
Poissonoïde
◦ Airacuda de Festo
Commande pneumatique «Muscles» fluides
• Insectoïde
• Genghis
• Plantoïde
• Projet U.E.
Vidéo
Vidéo
Ch. 1: Introduction
Petit historique
Applications, systèmes, locomotions
Marché mondial et besoins technologiques
Partie 2
Partie 3
Partie 1
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: 1.5 en 4 ans (de 63000 à 112000): 1er secteur: sécurité/défense
Ventes de robots domestiques: 2 en 4 ans (de 4.4 millions d’unités à 9.2 millions)
Ventes de robots ludiques: 2.5 en 4 ans (de 2.8 millions d’unités à 9.5 millions)
Marché mondial des robots*
*Début 2008 - fin 2012
1. E-puck
2. Khepera III 3. Koala 2.5
4. TurtleBot (Create iRobot + Kinect Microsoft: Willow Garage) 5. Pioneer 3-AT (Adept Mobilerobots)
6. AmigoBot (Adept Mobilerobots)
Robots mobiles pour la recherche et l’enseignement
EPFL, École Polytechnique Fédérale de Lausanne
1
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 des environnements virtuels
• 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 est gratuit: http://www.coppeliarobotics.com
Matlab
• Robotics System Toolbox de MathWorks (R2015b)
• Robotics Toolbox de Peter Corke
• Gratuit: www.petercorke.com/Robotics_Toolbox.html
vidéo
