Philippe Martinet IFMA – LASMEA Clermont-Ferrand, France
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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
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