Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Philippe Martinet

IFMA – LASMEA

Clermont-Ferrand, France

http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/Control

R2M : Rover Multi-Modes pour une haute mobilité sur terrain accidenté

Philippe.Martinet@lasmea.univ-bpclermont.fr

http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/R2M/index.html

ETAS LAAS Cemagref/LASMEA/LaMI LRP

FR TIMS/CNRS 2856 : Technologies de l’Information,de la Mobilité et de la Sûreté

2 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Introduction

Système de locomotion multi-modes

Système de perception locale intégrée

Léger, rapide et déployable

Mini-vecteurs terrestres rapides et à fortes capacités de franchissement

Objectifs

– Démontrer les capacités intrinsèques de franchissement d’un système à haute mobilité

– Démontrer l’apport des boucles de perception « augmentée » pour l’adaptation du mode de locomotion

3 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Introduction Mobilité Accrue

Exploration(i.e. Planétaire)

Observation et Surveillance en zone dangereuse (Sécurité civile et militaire)

Entretien des surfaces vertes et gravillonnées, entretien des plages

Opération de sauvetage après cataclysme(i.e : en cas de conflit, après tremblement de terre)

Besoin sociétal et applicatif

Faible PenteGlissements Patinage…

Haute Mobilité

1. Roulement pur 2. Roulement avec reconfiguration 3. Péristaltisme4. Roulement avec franchissement 

Introduction

4 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Introduction

Cahier des charges

Plate-forme de volume < 10dm3 et de masse < 30kgVitesse sur route: 10km/hFranchissement

pentes de 45 degrésmarches de 20 cmtrous 0.5 fois la longueur du robot

Autonomie: 1 heure sur route

Evaluation finale sur un site simulé à l’ETAS

DéversEboulisEscaliersEtc… Projet 2003 - Durée 2ans

5 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Plan de la présentation

Approches envisagées

•Stratégie de commande•Perception locale augmentée

Perspectives•Etat des travaux•Tâches restantes• Planning

Premiers résultats •Démonstrateur•Modélisation•Commande et modes•Perception locale augmentée•Monitoring

Indicateurs

6 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

4 lots de travaux

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Conception, évaluation et simulationGénération des modes et commandes associées

Perception locale augmentéeValidation expérimentale sur site réel

7 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

4 lots de travaux

Classification de terrain.Discrétisation, et résultats de classification dans le cas de deux classes plan/obstacles

Estimation de la difficulté du terrain en confrontant un modèle du châssisau modèle du terrain

Conception, évaluation et simulationGénération des modes et commandes associées

Perception locale augmentéeValidation expérimentale sur site réel

Analyse de texture

8 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Démonstrateur : cinématique

Hylos 1 Hylos 2•Structure hybride roue-patte à 16 ddl

• patte pantographique à 2 ddl (pivot à axes parallèles)

• roue motrice et directrice masse 15kg, longueur 70cm

9 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Démonstrateur : architecture

MPC555

PC104 (Celeron 300)contrôle des modes

Unité de Perception Locale Augmentée

(PC embarqué)

Moteur brushless maxon

Hacheur +moteur CC

Bus CAN(1 Mbits/S)

C.N.A.

C.N.A.

IMU(posture)

Stéréo visionMicropix C1024

Capteurs d’efforts x4

x4

x12

Laptop de supervision

RS 232ou USB

IEEE 1394

C.N.A.

Wireless TCP/IP802.11b (11MBits/S

x1

x4

Interface de commande :en position, vitesse, couple

GPS

RS 232

10 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Modes de locomotion

Mode 1 : roulement pur Mode 2 : roulement avec reconfiguration

Mode 3 : mouvement péristaltiqueProgrammation des pattes en admittance

Mode 4 : franchissement de discontinuité

11 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Modélisation : plateformeIndice de mobilité m=10

3pour la localisation »t7pour la posture »p

»t = (x; y; µ)t

»p = (zg; ' ; Ã; e1; e2; e3; e4)t

Vp : vitesses opérationnellesq : articulationsVs : vitesses de glissements

L vp = J _q + vsLT f = gJ T f = ¿ + h

Equations cinémato-statiques

Principe des travaux virtuelsf : vecteur des efforts au contact

L : matrice de locomotionJ : matrice jacobienne du robot

Efforts généralisés dus à la pesanteurg pour les paramètres de la palteforme

h pour les paramètres articulaires

Equations cinématiques

6pour la posecart¶esienne4pour les mobilit¶es internesdela platef orme

f : vecteur des efforts de contactL : matrice de locomotionJ : matrice jacobienne du robotg,h : Efforts généralisés dus à la pesanteur

12 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Modélisation : interaction roue-solEfforts de contact dans le plan vertical

Efforts de contact dans le plan tangentiel

relation effort / glissement

Résistance au roulement

Enfoncement

relation enfoncement / effort

Évaluation des performances de locomotion

13 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Commande du mode 1 : roulement pur

Vecteur vitesse théorique (RWS)Vecteur vitesse réelle

FP

RP

Commande à modèle interne

FrontslidingFer ar

slidingFRotationTranslation

Suivi de trajectoire en présence de glissements : 2 modèles évalués Vehicle Oriented Model - VOM Tire Oriented Model - TOM

( _Yp; _£ p)

ConsigneCommande

Modèle cinématique sans glissements

robot

Modèle étendu

Paramètres de glissement

,F RP P ( _Yp; _£p)ou

14 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Commande du mode 2 : roulement avec reconfiguration

Schéma de la commande cinématique de posture et de suivi de trajectoire

Sans contrôle de posture Avec contrôle de posture

15 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Mode 4 : franchissement de discontinuités

Vers une commande en compliance des pattes pour le franchissement de grandes discontinuités

16 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Perception locale augmentée : Analyse de la texture perçue

Déterminer le type de sol pour adapter les lois de commande du robot

10m x 10m

17 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Difficulté d’analyse en raison de la perspective :

– Peu ou pas de travaux dans le domaine car la texture dépend de la

perspective (impossibilité d’identifier)

Calcul de paramètres statistiques sur les imagettes et

comparaison à une base apprise dans les « mêmes »

conditions de perspective :

– Matrices de cooccurrences généralisées (couleur)

– Classification supervisée hiérarchisée (AFD)

Perception locale augmentée : Analyse de la texture perçue

AFD : Analyse Factorielle Discriminante

18 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Premiers résultats : 100% pour les types de sols et 97 % pour les sous types

Perspectives : Résultats à confirmer en situation réelle

Perception locale augmentée : Analyse de la texture perçue

19 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Monitoring

Sélection en ligne des modes de locomotion

)/()/()/( 11

0

t

i

K

iikktt

tk OmppmOpOmp

information a priori (classification du terrain)

probabilités de transition (surveillance par

moniteurs)

observations jusqu’à tprobabilité que le

mode soit le mieux adapté

km

Diagramme Etat/transition probabiliste

20 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Evaluation des modes : en fonction des paramètres géométrico-physiques du sol

θ

η

Marge de stabilité critique

Gradabilité (franchissement de pente) Consommation énergétique

Configuration sur pente : ()

Avantage dumode 2 : la

reconfiguration

Avantage du mode 3 : la résistance

au roulementEn fonction d’un type de terrain

et pour un glissement limite admissible

Ie 20%, traduire l’efficacité de la traction,

C’est-à-dire max par rapport aux glissements limites

Efficacité de la traction : max par rapport aux glissements limites

21 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Etat des travaux

Supervision

Sélectiondes modes

Monitoring

Prototype

Développementmécanique

Commande unitairedes modes

Estimation de l'état

Perception de l'environnement

Reconstructionterrain

Reconnaissancesol

Modèle de terrainenrichi

Réalisé

Partiellement réalisé

22 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Tâches restantes par thèmes

Modèle de terrainenrichi

Nature de la tâche Délai prévisionnel

Sélectiondes modes

Fusion bayésienne

A développer

Juin 2005

Juin 2005

Commande unitairedes modes

Franchissement

Péristaltisme

Reconfig. dynamique Juin 2005

Juin 2005

Juin 2005

Développementmécanique

Fabrication / assemblage

Intégration capteurs Septembre 2005

Septembre 2005

23 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Planning récapitulatif (année 2005)

Fabrication

Assemblage

Commande des modes

Classification 3D (MNT)

Analyse de texture

Fusion

Monitoring

Intégration monitoring

Intégration GPS

Intégration banc stéréo

Assemblage final

Essais

20 31 11 22 05 16 27 07 18 29 10 21 01 12 23 04 15 26 06 17 28 08 19 30 11 22 02 13 24 05 16 27 0303 Jan 05 31 Jan 05 28 Fév 05 28 Mar 05 25 Avr 05 23 Mai 05 20 Jui 05 18 Jul 05 15 Aoû 05 12 Sep 05 10 Oct 05 07 Nov 05 05 Déc 05 02 Jan 06

24 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Budget accordé ROBEA

652342LRP

136

38

33

Total

6967Total Robea

2315LASMEA / CEMAGREF

2310LAAS

FonctionnementEquipement

2003 2004 2005

Doctorants 4 5 5

Post-doc 1

Publications 1CI 1RI, 6CI, 1WI 3 CI, 1CN

25 Journées bilan ROBEA 200529 au 31 mars, Montpellier

Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs

Merci de votre attention

Questions/Remarques