Upload
havily
View
76
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives. Robotique Mobile Autonome Comportementale. dans ses dimensions Capteurs et Effecteurs. Pierre Mallet CNRS, UMR Mouvement et Perception, Marseille [email protected]. PLAN DU COURS. Présentation - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
MASTER NEUROSCIENCESMASTER NEUROSCIENCESSpécialité Neurosciences Intégratives et CognitivesSpécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives
Robotique Mobile Autonome ComportementaleRobotique Mobile Autonome Comportementale
dans ses dimensions Capteurs et Effecteursdans ses dimensions Capteurs et Effecteurs
Pierre Mallet CNRS, UMR Mouvement et Perception, Marseille
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
2
PLAN DU COURSPLAN DU COURS1.1. PrésentationPrésentation2.2. Vocabulaire, DéfinitionsVocabulaire, Définitions3.3. Robots Mobiles Autonomes, une grande diversité…Robots Mobiles Autonomes, une grande diversité…4.4. Systèmes deSystèmes de mobilitémobilité5.5. Systèmes deSystèmes de localisationlocalisation
5.1 5.1 Localisation Localisation relativerelative5.2 5.2 Localisation Localisation absolueabsolue5.3 5.3 Méthodes de localisationMéthodes de localisation
6.6. Systèmes de Systèmes de perceptionperception de l’environnement de l’environnement7.7. Le projet WADLe projet WAD8.8. Exercices pratiquesExercices pratiques
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
3
Introduction, Vocabulaire…Introduction, Vocabulaire… Robotique Mobile AutonomeRobotique Mobile Autonome Un robot mobile autonome est une machine agissant physiquement Un robot mobile autonome est une machine agissant physiquement
sur son environnement en vue d’atteindre un objectif qui lui a été sur son environnement en vue d’atteindre un objectif qui lui a été assigné. Cette machine est polyvalente et capable de s’adapter à assigné. Cette machine est polyvalente et capable de s’adapter à certaines variations de ses conditions de fonctionnement. Elle est dotée certaines variations de ses conditions de fonctionnement. Elle est dotée de fonctions de perception, de décision et d’action (mouvement propre de fonctions de perception, de décision et d’action (mouvement propre et interaction robot/objets). et interaction robot/objets). (Bernard Espiau INRIA Rhône Alpes « La (Bernard Espiau INRIA Rhône Alpes « La Science au Présent 2001 » édité par l’Encyclopaedia Universalis) Science au Présent 2001 » édité par l’Encyclopaedia Universalis)
ComportementaleComportementale Cette approche suppose l’existence d’un ensemble de Cette approche suppose l’existence d’un ensemble de
comportements élémentaires d’action-réaction, très simples, qui comportements élémentaires d’action-réaction, très simples, qui par leur assemblage plus ou moins automatique conduit à un par leur assemblage plus ou moins automatique conduit à un comportement global du robot complexe et adapté à comportement global du robot complexe et adapté à l’environnement.l’environnement.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
4
Robots mobiles autonomes… Robots mobiles autonomes… une grande diversité…une grande diversité…
Robot à Robot à chenilles
Robot Robot volant
Robot Robot nageur
Robot à Robot à roues
Robot Robot humanoïde1, , humanoïde2
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
5
Quelques domaines actuels d’applicationQuelques domaines actuels d’application Nucléaire :Nucléaire : maintenance, démantèlement d’installations, maintenance, démantèlement d’installations,
décontamination, inspection et intervention en cas d’accident …décontamination, inspection et intervention en cas d’accident …
Spatial :Spatial : pose d’une lentille sur le téléscope Hubble, exploration pose d’une lentille sur le téléscope Hubble, exploration martienne et petit robot Sojourner…martienne et petit robot Sojourner…
Sous-marin :Sous-marin : torpillerie légère autonome, inspection et torpillerie légère autonome, inspection et réparations de structures offshore, exploration du TITANIC, réparations de structures offshore, exploration du TITANIC, cartographie des fonds, missions en émissaires (eaux, égoûts), pose de cartographie des fonds, missions en émissaires (eaux, égoûts), pose de câbles de télécommunications et de puissance …câbles de télécommunications et de puissance …
Agriculture :Agriculture : robots cueilleurs de fruit, planteurs, désherbage robots cueilleurs de fruit, planteurs, désherbage robotisé, guidage de véhicules agricoles, traite automatique des vaches robotisé, guidage de véhicules agricoles, traite automatique des vaches laitières…laitières…
Activités ludiques :Activités ludiques : compétitions de robots (« Robocup ») qui compétitions de robots (« Robocup ») qui mobilisent de nombreux chercheurs et étudiants…mobilisent de nombreux chercheurs et étudiants…
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
6
Les applications émergentesLes applications émergentes
SantéSanté PPositionnement dans l’espace des capteurs d’écographie ou des ositionnement dans l’espace des capteurs d’écographie ou des
patients eux-mêmes, fauteuils roulants intelligents, chirurgie patients eux-mêmes, fauteuils roulants intelligents, chirurgie cardiaque, oculaire, du cerveau, applications de formation, cardiaque, oculaire, du cerveau, applications de formation, d’évaluation, d’entrainement dans lesquelles on associe réalité d’évaluation, d’entrainement dans lesquelles on associe réalité virtuelle et gestes assistés par robotique, virtuelle et gestes assistés par robotique, neuroprothèses..
Véhicules automatiquesVéhicules automatiques Assistance à la conduite automobile (utilisant largement les Assistance à la conduite automobile (utilisant largement les
résultats des travaux sur les robots mobiles en localisation, résultats des travaux sur les robots mobiles en localisation, évitements d’obstacles, planification de mouvement), petits évitements d’obstacles, planification de mouvement), petits véhicules volants ou véhicules volants ou drônes drônes (dirigeables, avions, hélipcoptères) (dirigeables, avions, hélipcoptères) pour applications militaires, de cartographie automatique, pour applications militaires, de cartographie automatique, d’inspection de lignes haute tension ou de localisation d’inspection de lignes haute tension ou de localisation d’accidentés en montagne. d’accidentés en montagne.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
7
Systèmes de mobilité sur sol solideSystèmes de mobilité sur sol solide
Mobiles à roues :Mobiles à roues : Les plus répandus pour des raisons de Les plus répandus pour des raisons de simplicité de conception et de commande. Sauf structure simplicité de conception et de commande. Sauf structure mécanique particulière, le déplacement se fait uniquement selon mécanique particulière, le déplacement se fait uniquement selon la tangente au mouvement des roues. la tangente au mouvement des roues.
Le robot est dit Le robot est dit non holonome. Mobiles à chenilles :Mobiles à chenilles : meilleure adhérence au sol. meilleure adhérence au sol.
Utilisées lorsque le sol est perturbé, essentiellement en extérieur. Utilisées lorsque le sol est perturbé, essentiellement en extérieur. La commande est réalisée en imposant une différence de vitesse La commande est réalisée en imposant une différence de vitesse aux chenilles droite et gauche.aux chenilles droite et gauche.
Mobiles à pattes :Mobiles à pattes : utilisés sur des terrains avec de grandes utilisés sur des terrains avec de grandes différence d’amplitude où il est nécessaire de choisir des points différence d’amplitude où il est nécessaire de choisir des points d’appui. La conception et la commande de tels mécanismes sont d’appui. La conception et la commande de tels mécanismes sont complexes.complexes.
Mobiles se mouvant par Mobiles se mouvant par reptation : : utilisés pour la utilisés pour la progression dans des galeries ou des tuyaux.progression dans des galeries ou des tuyaux.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
8
Systèmes de mobilité. Systèmes de mobilité. Mobiles à roues Mobiles à roues
Robots à roues omnidirectionnellesRobots à roues omnidirectionnelles
Robots à roues différentielles :Robots à roues différentielles : deux roues motrices deux roues motrices conventionnelles non orientables et deux roues folles.conventionnelles non orientables et deux roues folles.
Robots de type « tricycle » :Robots de type « tricycle » : équipés d’un essieu équipés d’un essieu arrière fixe muni de deux roues non orientables et d’une roue arrière fixe muni de deux roues non orientables et d’une roue avant centrée orientable.avant centrée orientable.
Robots de type « voiture » :Robots de type « voiture » : essieu arrière non essieu arrière non orientable muni de deux roues non orientables et libres en orientable muni de deux roues non orientables et libres en rotation et deux roues avant centrées orientables.rotation et deux roues avant centrées orientables.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
9
Systèmes de localisationSystèmes de localisation
Définition :Définition : Ensemble des capteurs et des techniques Ensemble des capteurs et des techniques permettant au véhicule de naviguer de manière autonome ou permettant au véhicule de naviguer de manière autonome ou semi-autonome dans son environnement.semi-autonome dans son environnement.
La localisation relative :La localisation relative : permet au véhicule de naviguer permet au véhicule de naviguer
à l’estime (« dead reckoning ») en utilisant uniquement les à l’estime (« dead reckoning ») en utilisant uniquement les mesures de ses mouvements propres fournies par ses capteurs mesures de ses mouvements propres fournies par ses capteurs proprioceptifsproprioceptifs..
La localisation absolue :La localisation absolue : utilise les mesures des capteurs utilise les mesures des capteurs extéroceptifsextéroceptifs pour estimer la position du véhicule dans un repère pour estimer la position du véhicule dans un repère lié à l’environnement. Les capteurs lié à l’environnement. Les capteurs extéroceptifs permettent de permettent de recaler périodiquement la localisation obtenue par la mesure des recaler périodiquement la localisation obtenue par la mesure des mouvements.mouvements.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
10
Systèmes de localisation relativeSystèmes de localisation relativeCapteurs proprioceptifsCapteurs proprioceptifsL’odométrie :L’odométrie :
Fournit une estimation en temps réel de la position (x,y) et du Fournit une estimation en temps réel de la position (x,y) et du cap cap θ d’un véhicule navigant sur un sol plan, par rapport au θ d’un véhicule navigant sur un sol plan, par rapport au repère de référence qui était celui du véhicule dans sa repère de référence qui était celui du véhicule dans sa configuration initiale.configuration initiale.
Précision correcte sur de faibles distances.Précision correcte sur de faibles distances.
Technique basée sur l’intégration des mouvements angulaires Technique basée sur l’intégration des mouvements angulaires élémentaires des roues au moyen de élémentaires des roues au moyen de codeurs incrémentauxcodeurs incrémentaux..
Sources d’erreurs : imprécision des paramètres géométriques Sources d’erreurs : imprécision des paramètres géométriques du véhicule (rayon des roues, base du véhicule), ainsi que les du véhicule (rayon des roues, base du véhicule), ainsi que les phénomènes de glissement et/ou de patinage des roues non pris phénomènes de glissement et/ou de patinage des roues non pris en compte.en compte.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
11
Systèmes de localisation relativeSystèmes de localisation relativeCapteurs proprioceptifs Capteurs proprioceptifs
Codeurs incrémentauxCodeurs incrémentaux
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
12
Accéléromètres :Accéléromètres : mesure de la force F à laquelle est soumise mesure de la force F à laquelle est soumise une masse pour en déduire son accélération qui, intégrée deux une masse pour en déduire son accélération qui, intégrée deux fois, permet d’estimer le déplacement linéaire du véhicule. fois, permet d’estimer le déplacement linéaire du véhicule. (accéléromètres à jauges de contrainte, piézorésistifs, à détection (accéléromètres à jauges de contrainte, piézorésistifs, à détection capacitive, pendulaires à déplacement asservis) capacitive, pendulaires à déplacement asservis)
Capteurs à effet Doppler :Capteurs à effet Doppler : Une onde radioélectrique de Une onde radioélectrique de fréquence f est émise vers le sol avec une inclinaison par rapport fréquence f est émise vers le sol avec une inclinaison par rapport à la direction de déplacement du véhicule. La variation de à la direction de déplacement du véhicule. La variation de fréquence entre le signal émis et le signal reçu est fréquence entre le signal émis et le signal reçu est proportionnelle à la vitesse du véhiculeproportionnelle à la vitesse du véhicule
Gyroscopes :Gyroscopes : appareils permettant d’effectuer une mesure de appareils permettant d’effectuer une mesure de la rotation absolue de son boitier. On distingue les gyroscopes la rotation absolue de son boitier. On distingue les gyroscopes mécaniques qui utilisent les propriétés inertielles de la matière et mécaniques qui utilisent les propriétés inertielles de la matière et les gyroscopes à laser qui utilisent les propriétés de la lumière les gyroscopes à laser qui utilisent les propriétés de la lumière cohérente (gyro laser). cohérente (gyro laser).
Systèmes de localisation relativeSystèmes de localisation relativeCapteurs proprioceptifs (suite)Capteurs proprioceptifs (suite)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
13
Systèmes de localisation relativeSystèmes de localisation relativeCapteurs proprioceptifs (suite)Capteurs proprioceptifs (suite)
Gyromètres : Gyromètres : Un gyromètre est un gyroscope à un axe, doté Un gyromètre est un gyroscope à un axe, doté d’un rappel élastique (ressort ou moteur couple) et d’un d’un rappel élastique (ressort ou moteur couple) et d’un amortissement visqueux autour de son axe de sortie. C’est un amortissement visqueux autour de son axe de sortie. C’est un capteur de vitesse angulaire L’intégration de cette mesure de capteur de vitesse angulaire L’intégration de cette mesure de vitesse de rotation permet d’obtenir une estimation de l’angle de vitesse de rotation permet d’obtenir une estimation de l’angle de cap d’un véhicule.cap d’un véhicule.
Compas Magnétiques :Compas Magnétiques : mesure absolue du cap par rapport mesure absolue du cap par rapport à la direction du nord géographique. Sensible aux masses à la direction du nord géographique. Sensible aux masses magnétiques environnantes. Impossible de les utiliser à magnétiques environnantes. Impossible de les utiliser à l’intérieur d’un bâtiment.l’intérieur d’un bâtiment.
Inclinomètres :Inclinomètres : mesure des angles d’ mesure des angles d’attitudeattitude (tangage et roulis) (tangage et roulis) sur le principe des accéléromètres pendulaires. Sensibles à la sur le principe des accéléromètres pendulaires. Sensibles à la gravité terrestre mais aussi à toute accélérationgravité terrestre mais aussi à toute accélération extérieure qui extérieure qui leur est appliquée (mouvements de l’engin, vibrations, chocs).leur est appliquée (mouvements de l’engin, vibrations, chocs).
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
14
Systèmes de localisation absolueSystèmes de localisation absolueCapteurs extéroceptifs Capteurs extéroceptifs
GPS (Global Positioning System) : GPS (Global Positioning System) :
Ensemble de 24 satellites Ensemble de 24 satellites
Répartis sur 6 plans orbitaux tous inclinés d’environ 55 ° sur Répartis sur 6 plans orbitaux tous inclinés d’environ 55 ° sur l’équateur (orbite circulaire de rayon environ 20000 km). l’équateur (orbite circulaire de rayon environ 20000 km).
Chaque satellite envoie des informations permettant de Chaque satellite envoie des informations permettant de l’identifier et de le localiser.l’identifier et de le localiser.
Les mesures de plusieurs satellites (au moins 3) sont nécessaires Les mesures de plusieurs satellites (au moins 3) sont nécessaires pour estimer les coordonnées (longitude, latitude, altitude) du pour estimer les coordonnées (longitude, latitude, altitude) du mobile à localiser.mobile à localiser.
Précision : ….une dizaine de mètres depuis Mai 2000Précision : ….une dizaine de mètres depuis Mai 2000
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
16
Systèmes de localisation absolueSystèmes de localisation absolueCapteurs extéroceptifs (suite)Capteurs extéroceptifs (suite)
Détecteurs de balises artificielles :Détecteurs de balises artificielles : Les balises Les balises artificielles les plus courantes sont les balises optiques passives de artificielles les plus courantes sont les balises optiques passives de type catadioptres qui ont la propriété de renvoyer la lumière dans type catadioptres qui ont la propriété de renvoyer la lumière dans la direction de l’incidence. La lecture de ces balises se fait la direction de l’incidence. La lecture de ces balises se fait généralement à l’aide d’un émetteur récepteur laser à faisceau généralement à l’aide d’un émetteur récepteur laser à faisceau tournant. tournant.
Télémètres :Télémètres : Le principe consiste à mesurer le temps mis par Le principe consiste à mesurer le temps mis par une onde électromagnétique ( ultrasonore, infrarouge, visible) une onde électromagnétique ( ultrasonore, infrarouge, visible) pour parcourir la distance à mesurer, c’est à dire celle qui sépare pour parcourir la distance à mesurer, c’est à dire celle qui sépare le capteur de la cible sur laquelle vient se réfléchir cette onde.le capteur de la cible sur laquelle vient se réfléchir cette onde.
Télémètres acoustiques :Télémètres acoustiques : Ces capteurs sont basés sur la Ces capteurs sont basés sur la mesure directe du temps de vol d’ une onde ultrasonore produite mesure directe du temps de vol d’ une onde ultrasonore produite en excitant une céramique piézo-électrique à l’aide d’impulsions en excitant une céramique piézo-électrique à l’aide d’impulsions de fréquence voisine de 40 kHz. Une deuxième céramique de fréquence voisine de 40 kHz. Une deuxième céramique convertit l’onde réfléchie par l’obstacle en un signal électrique.convertit l’onde réfléchie par l’obstacle en un signal électrique.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
17
Systèmes de localisation absolueSystèmes de localisation absolueCapteurs extéroceptifs (suite)Capteurs extéroceptifs (suite)
Télémètres acoustiquesTélémètres acoustiques
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
18
Obstacle
Axe acoustique du transducteurCône 30°
Génération onde incidente
Onde transmise
Amplification dynamique
du signal écho
Echo
Circuit à seuil
Echoamplifié
HorlogeDébut de transmission Date de réception
Durée de l’aller retour
Sonar(Transducteur)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
19
Systèmes de localisation absolueSystèmes de localisation absolueCapteurs extéroceptifs (suite)Capteurs extéroceptifs (suite)
Télémètres optiques : Télémètres optiques : Les ondes optiques utilisées en télémétrie sont produites par une diode laser fonctionnant en mode continu ou pulsé pour émettre un faisceau de lumière monochromatique généralement dans le rouge (λ=670 nm), l’infrarouge ou le proche infrarouge (780 nm <λ <850 nm). …. La cohérence spatiale de la lumière laser permet d’obtenir des faisceaux de très faible divergence et de luminance élevée. En robotique, on distingue la télémétrie impulsionnelle et la télémétrie à différence de phase. L’acquisition d’images de distance 2D ou 3D nécessite l’emploi d’un système mécanique (miroir tournant) qui permet au faisceau laser d’effectuer un balayage plan ou spatial (en site et en azimut) de la scène.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
20
Méthodes de localisation Méthodes de localisation
Paramètres de localisation :Paramètres de localisation : Ils sont au nombre de 6 dans un Ils sont au nombre de 6 dans un espace 3D. Il s’agit des 3 coordonnées cartésiennes de l’origine du repère espace 3D. Il s’agit des 3 coordonnées cartésiennes de l’origine du repère Rr attaché au robot dans le repère de référence R0 attaché à Rr attaché au robot dans le repère de référence R0 attaché à l’environnement, et des 3 paramètres qui définissent l’orientation de Rr l’environnement, et des 3 paramètres qui définissent l’orientation de Rr dans R0. dans R0.
Navigation à l’estime :Navigation à l’estime : Odométrie et Navigation inertielleOdométrie et Navigation inertielle
Localisation absolue :Localisation absolue : sur balises artificielles ou naturellessur balises artificielles ou naturelles
sur carte 2D de l’environnementsur carte 2D de l’environnement Localisation par analyse d’image vidéoLocalisation par analyse d’image vidéo Localisation par système multicapteurLocalisation par système multicapteur (fusion)(fusion)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
21
Méthodes de localisationMéthodes de localisationNavigation à l’estime OdométrieNavigation à l’estime Odométrie
X0
Y0
Xr
Yr
xk
yk
E
θk
Modèle d’évolution d’un robot à roues différentielles se déplaçant dans un plan (X0, Y0).(Xr, Yr) = repère attaché au robot
ΔD =(Δdd+Δdg) / 2
Δθ = (Δdd-Δdg) / E
E : voie du véhicule
ΔD et Δθ = déplacement et rotation élémentaires du robot
Δdd et Δdg = déplacements élémentaires des roues droite et gauche
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
22
Méthodes de localisationMéthodes de localisationNavigation à l’estimeNavigation à l’estime
X0
Y0
Xr
Yr
xk
yk
E
xk+1
Yk+1
θk +1= θk+ Δθk
θk
Δθk
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
23
Méthodes de localisationMéthodes de localisationNavigation à l’estimeNavigation à l’estime
X0
Y0
Xr
Yr
xk
yk
E
xk+1
Yk+1
θk +1
θk
Δθk
xxk+1k+1= x= xkk++ΔDΔDkkcos(θcos(θkk))
yyk+1k+1= y= ykk++ΔDΔDkksin(θsin(θkk))
xxk+1k+1= x= xkk++ΔDΔDkkcos(θcos(θkk+Δ θ+Δ θkk/2)/2)
yyk+1k+1= y= ykk++ΔDΔDkksin(θsin(θkk+Δ θ+Δ θk k /2)/2)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
24
Méthodes de localisationMéthodes de localisationLocalisation absolue sur balisesLocalisation absolue sur balises
La position d’un véhicule dans un référentiel lié à l’ environnement peut être obtenue à partir de la mesure d’indices facilement identifiables par le système sensoriel. Ces indices peuvent être des balises artificielles, passives ou actives, positionnées à priori en des points connus de l’environnement . On peut également utiliser des balises naturelles c’est à dire des indices géométriques simples (ponts, droite, arcs de cercle…) dont la présence n’est pas toujours assurée.
Lorsque le véhicule se déplace dans un plan, les balises sont localisées grâce à la mesure directe de leur angle de gisement et ou de leur distance relativement au repère du capteur extéroceptif utilisé
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
25
Méthodes de localisationMéthodes de localisationLocalisation absolue sur balisesLocalisation absolue sur balises
TriangulationTriangulation
X0
Φ
Y0
M M
D
B2
B1
B2
B1
B3d1
d3
d2
d1
d2I
J
α1
α2
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
26
Méthodes de localisationMéthodes de localisation Localisation absolue Localisation absolue
sur cartes 2D de l’environnementsur cartes 2D de l’environnement Principe : mise en correspondance d’un modèle local de Principe : mise en correspondance d’un modèle local de l’environnement acquis en ligne (ultrasons, télémètre laser à balayage), l’environnement acquis en ligne (ultrasons, télémètre laser à balayage), avec un modèle global préalablement mémorisé.avec un modèle global préalablement mémorisé. Estimation de la position courante (x,y,Estimation de la position courante (x,y,θ) du véhicule dans un θ) du véhicule dans un référentiel attaché au modèle global.référentiel attaché au modèle global. Le modèle de référence est soit un modèle CAO de l’environnement, Le modèle de référence est soit un modèle CAO de l’environnement, soit un modèle construit à partir de données acquises par le système soit un modèle construit à partir de données acquises par le système télémétrique du robot. télémétrique du robot. Avantages et inconvénients : estimation temps réel possible, aucun Avantages et inconvénients : estimation temps réel possible, aucun équipement particulier de l’environnement n’est nécessaire, équipement particulier de l’environnement n’est nécessaire, modélisation en ligne possible ce qui augmente la fiabilité de la modélisation en ligne possible ce qui augmente la fiabilité de la localisation et la connaissance de l’environnement. La carte de localisation et la connaissance de l’environnement. La carte de référence doit être précise et l’ environnement relativement statique.référence doit être précise et l’ environnement relativement statique.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
27
Caractéristiques des différentes techniques de localisationCaractéristiques des différentes techniques de localisation 1/2 1/2
Technique Type de localisation
Domaine d’utilisation
Mise en oeuvre Performances Étendue de mesure
Odométrie sur roues motrices
Relative : mesure de cap et de
position.
Intérieur et extérieur sur terrain plat
Simple Forte dérive Erreurs sur sol
irrégulier
Illimitée
Gyroscope à fibre optique
Relative : mesure de cap
Indifférent Simple Dérive faible quelques ° /h
Illimitée
Inclinomètres Absolue : Mesure de tangage et de
roulis
Sol lisse Mouvement
uniforme
Simple Bonnes si pas d’accélérations parasites Erreur
<0,1°
0° à 90°
Compas magnétique
Absolue : mesure de cap
Extérieur. Milieu dépourvu de perturbations magnétiques
Simple Erreur : quelques dixièmes de degré
Illimitée
Centrale inertielle
d’attitude de type strap-down
Relative : mesure des trois angles
d’attitude
Indifférent Simple Précision : qqs dixièmes de degré
Faible dérive : qqs
degrés /h
Illimitée
GPS Absolue : mesure de position (x,y,z)
Extérieur Simple Précision : qqs cm à qqs mètres en
mode différentiel
Illimitée
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
28
Technique Type de localisation
Domaine d’utilisation
Mise en oeuvre Performances Étendue de mesure
Localisation 2D sur balises optiques
artificielles
Absolue 2D : mesure de
position et de cap
Intérieur Installation et modélisation du champ de balises
Erreur 1à 5 cm en position et < 1° en
orientation
< 20 m
Localisation 3D sur balises optiques
artificielles
Absolue 3D : mesure de
position (x,y,z) et d’attitude (,,)
Extérieur Installation et modélisation du champ de balises
Précision : fonction de la distance des
balises
100 m à 300 m en distance et 10 à
30° en inclinaison
Mise en correspondance
de cartes
Absolue : mesure de position et de
cap
Intérieur Milieu relativement
structuré
Acquisition préalable d’une
carte de référence
Erreur : < 20 cm en position et < 5°
en orientation
Fonction de la portée du télémètre
Vision dynamique
Absolue ou relative 3D : mesure à un
facteur d’échelle près
Indifférent Algorithmes complexes. Temps
de calcul élevé
Stéréovision Absolue ou relative 3D
Indifférent Algorithmes complexes. Temps
de calcul élevé
Caractéristiques des différentes techniques de localisationCaractéristiques des différentes techniques de localisation 2/22/2
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
29
Systèmes de Perception Systèmes de Perception de l’Environnement…de l’Environnement…
Perception de l’environnement :Perception de l’environnement :Elle peut se définir par l’ensemble des fonctions d’acquisition de Elle peut se définir par l’ensemble des fonctions d’acquisition de mesures et de traitement d’informations, permettant l’analyse et mesures et de traitement d’informations, permettant l’analyse et ou la modélisation de l’environnement du robot, dans le but de ou la modélisation de l’environnement du robot, dans le but de supporter la prise de décision et la génération de commandes. supporter la prise de décision et la génération de commandes.
Pour percevoir leur environnement, les robots utilisent des Pour percevoir leur environnement, les robots utilisent des capteurs d’environnementcapteurs d’environnement, encore appelés , encore appelés senseurssenseurs..
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
30
Systèmes de Perception …Systèmes de Perception …Classification des capteurs en robotiqueClassification des capteurs en robotique
Capteurs internes (proprioceptifs) :Capteurs internes (proprioceptifs) : Pour un robot manipulateur, il s’agit des capteurs de position, Pour un robot manipulateur, il s’agit des capteurs de position, vitesse, couple au niveau de chaque articulation au moyen de vitesse, couple au niveau de chaque articulation au moyen de potentiomètres codeurs, génératrices tachymétriques. potentiomètres codeurs, génératrices tachymétriques.
Pour un robot mobile, il s’agit des capteurs de cap, vitesse, Pour un robot mobile, il s’agit des capteurs de cap, vitesse, attitude au moyen de gyrocompas, accéléromètres, attitude au moyen de gyrocompas, accéléromètres, profondimètre, odomètre…profondimètre, odomètre…
Capteurs d’environnement (externes, senseurs Capteurs d’environnement (externes, senseurs extéroceptifs,) :extéroceptifs,) : Ils délivrent une information relative à l’environnement Ils délivrent une information relative à l’environnement (reconnaissance, modèle) ou aux interactions entre le robot et (reconnaissance, modèle) ou aux interactions entre le robot et son environnement (position, force). son environnement (position, force).
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
31
Systèmes de Perception …Systèmes de Perception …Classification des Classification des senseurssenseurs
Les systèmes de vision :Les systèmes de vision : Vision 2D : information de type image numérique (2D) Vision 2D : information de type image numérique (2D)
transmise par une caméra observant un environnement statique.transmise par une caméra observant un environnement statique. Vision Vision globaleglobale / vision / vision localelocale. . Vision 3D Vision 3D activeactive (par exemple à partir de télémétrie laser) ou (par exemple à partir de télémétrie laser) ou
passive passive (par stéréovision)(par stéréovision) Vision Vision dynamique dynamique combinant perception visuelle et perception combinant perception visuelle et perception
du mouvement (analyse du mouvement de certaines entités dans du mouvement (analyse du mouvement de certaines entités dans l’image ou vision par caméra mobile)l’image ou vision par caméra mobile)
Les senseurs proximétriques :Les senseurs proximétriques : Perception locale, sans contact physique avec l’environnementPerception locale, sans contact physique avec l’environnement Détection de présence d’un objet dans le champ du capteurDétection de présence d’un objet dans le champ du capteur Capteurs optiques, capteurs magnétiques, capteurs ultrasonoresCapteurs optiques, capteurs magnétiques, capteurs ultrasonores
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
32
Systèmes de Perception …Systèmes de Perception …Classification des Classification des senseurs senseurs (suite)(suite)
Les senseurs de contact :Les senseurs de contact : Senseurs d’effort : délivrent 3 composantes de force et 3 Senseurs d’effort : délivrent 3 composantes de force et 3
composantes de couplecomposantes de couple Senseurs tactiles (Senseurs tactiles (peau artificiellepeau artificielle) ) : matrice de cellules sensibles : matrice de cellules sensibles
à la force de pression.à la force de pression.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
33
RéférencesRéférences
• Pour La Science Dossier hors série - Janvier/Avril 2003• Applications non manufacturières de la robotique sous la direction de Pierre Dauchez. Editions Hermès Oct 2000• Capteurs et méthodes pour la localisatio des robots mobiles par Marie-José Aldon – Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique Industrielle S7 852-1.• La Robotique Histoire et Perspectives Bernard Espiau INRIA Rhône - Alpes Janvier 2000• Robots mobiles autonomes Alain Pruski Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R7 850-1.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
34
AUTONOMOUS MOBILE ROBOTICS
AND
WHEELCHAIR ATTRACTOR DYNAMICS PROJECT
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
35
One behavior
Obstacle avoidance
Seven infrared sensors visibility between 0.2m to 0.6 m.
Two behaviors
Target acquisition and obstacle avoidance
integrated according dynamic approach.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
36
Moving toward a targetMoving toward a target while avoiding obstacleswhile avoiding obstacles
X
For Dynamic Approach, behaviors are generated by obtaining current values for a set of behavioral variables (heading direcion Φ and speed υ of the wheelchair) from the solutions of a dynamical system, which depends parametrically on current sensory information.
obsi : each infrared sensor i specifies in that direction a contribution to obstacle avoidance
tar
obsi
tar : direction in which the target lies in the external frame.
: heading direction of the wheelchair in the external frame.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
37
CinématiqueCinématique
VVgg VVdd
VVgg VVdd
VV = (V= (Vdd+V+Vgg) / 2) / 2
ωω (=d (=d /dt)/dt) = = ((VVdd-V-Vgg) / D =) / D = 0 0 DD
DD
V = (VV = (Vdd+V+Vgg) / 2) / 2
ωω(=d (=d /dt)/dt) == ( (VVdd-V-Vgg) / D ) / D 0 0
VV == Vitesse linéaire du véhiculeVitesse linéaire du véhicule
ωω == Vitesse angulaire du véhiculeVitesse angulaire du véhicule
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
38
Fixed pointFixed point at the direction at the direction obsi obsi , in which infrared distance sensor number i is pointing. , in which infrared distance sensor number i is pointing. SlopeSlope is positive, so that heading direction is repelled from that direction. is positive, so that heading direction is repelled from that direction. Strength Strength ii(d)(d) of the repulsion (slope of the force-let) is modulated by the distance d of the repulsion (slope of the force-let) is modulated by the distance d currently measured currently measured atat each sensor.each sensor. Short distances are associated with strong repulsion, larger distances with weak repulsion. Short distances are associated with strong repulsion, larger distances with weak repulsion. Range Range ii(d)(d), over which this repulsive force-let acts, is limited and modulated with measured distance., over which this repulsive force-let acts, is limited and modulated with measured distance. At short distances, stronger avoidance turns are needed to avoid obstacles than at larger distances.At short distances, stronger avoidance turns are needed to avoid obstacles than at larger distances.
0
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5 dd//ddtt
RReeppeelllloorr iinn ==oobbssii
== 00 ttoo 22 radians
ssllooppee~~ssttrreennggtthh
RRaannggee
2
2
2
,)(2
)(exp))(()(d
ddtdf
i
obsiobsiiiobs
Obstacle avoidance is coded into repulsive contributions Obstacle avoidance is coded into repulsive contributions to the to the dynamics of dynamics of
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
39
CONTROLS THE STRENGTH OF REPULSION .CONTROLS THE STRENGTH OF REPULSION . IS A DECREASING FUNCTION OF THE SENSED DISTANCE.IS A DECREASING FUNCTION OF THE SENSED DISTANCE.
0 1 2 3 4 5 6 7 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
dd//ddtt
== 00 àà 22
== 66
== 11
2i
2obsiobsiii,obs
)d(2)(exp))(d(
dtd)(f
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
40
ii CONTROLS THE ANGULAR RANGE OVER WHICH THE OBSTACLE EXERTSCONTROLS THE ANGULAR RANGE OVER WHICH THE OBSTACLE EXERTS ITS REPULSIVE EFFECTITS REPULSIVE EFFECT
0 1 2 3 4 5 6 7 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
= 0 à 2
d/dt i
2=0.3
i2=0.05
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
41
Target acquisition is coded into a contribution to the dynamics of heading direction Target acquisition is coded into a contribution to the dynamics of heading direction , which takes this form : , which takes this form :
fftartar(() = – ) = – tartarsin(sin(--tartar) ) Fixed pointFixed point at the direction at the direction tartar in which the target lies. in which the target lies. tartar is computed by integrating the motors is computed by integrating the motors commands to estimate the current wheelchair position relative to the position when a target was entered by commands to estimate the current wheelchair position relative to the position when a target was entered by the user.the user. SlopeSlope is negative, so that heading direction is attracted towards that direction : the rate of change is positive is negative, so that heading direction is attracted towards that direction : the rate of change is positive for orientations to the left of the fixed point, leading to growth towards that fixed point, while it is negative for orientations to the left of the fixed point, leading to growth towards that fixed point, while it is negative for orientations to the right of the fixed point, leading to decrease towards the fixed point.for orientations to the right of the fixed point, leading to decrease towards the fixed point. RangeRange over which this contribution exibits its attractive force effect is the entire full circle ( from 0 to 2 over which this contribution exibits its attractive force effect is the entire full circle ( from 0 to 2 ). ).
0 1 2 3 4 5 6 7 -20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20 dd//ddtt TTAARRGGEETT
== 00 ttoo 22
AAttttrraaccttoorr iinn == ttaarr
Slope ~ strengh
Contribution of the target direction to the dynamical systemContribution of the target direction to the dynamical system
fftartar(() = – ) = – tartarsin(sin(--tartar))
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
42
INTEGRATING THE TWO BEHAVIORS Obstacle and target contributions are summed : = fobs() + ftarg()
This differential equation generates values in time for the behavioral variable , which controls the Wheelchair’s action.
gives the angular velocity of the wheelchair around its center.
Precedence of obstacle avoidance is accomplished making the strength of the obstacle contributions stronger than the target contribution :
obs >> tar
dtd
dtd
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
43
CONTROL OF DRIVING SPEED
Since the wheelchair is moving in its environment, sensory information changes, and attractors and repellors shift. To keep the system stable ie in, or near an attractor, the wheelchair’s linear velocity must be controlled.Two design parameters, as maximal rates of change for repellor ( ) and
attractor ( ) are used to obtain a good tracking. In first approximation, we
can derive this maximal rate of shift of the fixed points as a function of the wheelchair’s linear velocity :
and .
A second differential equation is so defined for linear velocity control, according the two constraints (target acquisition and obstacle avoidance) With angular velocity and linear velocity we can compute the rotation speed of both wheels, which are sent as set points to the velocity servos of the two motors....
tar
tar
dt
tobs
min
obs
dt
ttar
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
44
0 1 2 3 4 5 6 7 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10 dd//ddtt SSeennssoorr ## 77
PPoossiittiioonn 22
== 00 àà 22
0 1 2 3 4 5 6 7 -15
-10
-5
0
5
10
15
20 dd//ddtt AAllll sseennssoorrss PPoossiittiioonn 22
== 00 àà 22
An indoor environment built with a An indoor environment built with a simulator. The dimensions of doors, walls simulator. The dimensions of doors, walls and wheelchair are realistic. The target is and wheelchair are realistic. The target is placed at a position with respect the placed at a position with respect the reference point (position 1). Initial heading reference point (position 1). Initial heading direction is 90 degrees. direction is 90 degrees.
0 1 2 3 4 5 6 7 -15
-10
-5
0
5
10
15 d/dt All sensors
Position 3
= 0 à 2
Attractor
Repellors
0 1 2 3 4 5 6 -15
-10
-5
0
5
10
15 dd//ddtt GGlloobbaall DDyynnaammiiccss PPoossiittiioonn 33
== 00 àà 22
AAttttrraaccttoorr
WAD Project WAD Project P.Mallet UMR Mvt & Perception Marseille,P.Mallet UMR Mvt & Perception Marseille,
G.Schöner Institut für Neuroinformatik Bochum Allemagne G.Schöner Institut für Neuroinformatik Bochum Allemagne Jean Marie Pergandi Université de BordeauxJean Marie Pergandi Université de Bordeaux
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
46
OBJECTIF du projet WADOBJECTIF du projet WAD
Fournir une aide à la navigation en fauteuil roulant Fournir une aide à la navigation en fauteuil roulant électrique (en environnement domestique)électrique (en environnement domestique)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
47
Comment ?Comment ? En dotant le fauteuil de fonctions automatiques En dotant le fauteuil de fonctions automatiques
de navigation qui sont :de navigation qui sont :
Un évitement d’obstacles sécuriséUn évitement d’obstacles sécurisé
Une atteinte de destination choisie par le piloteUne atteinte de destination choisie par le pilote
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
48
Architecture du Projet WADArchitecture du Projet WAD
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
49
Evitement des obstacles au moyen deEvitement des obstacles au moyen de capteurs infrarougescapteurs infrarouges
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
50
IRs 0y = 0,3327x-0,6327
R2 = 0,9981
-0,02
0,18
0,38
0,58
0,78
0,98
1,18
0 1 2 3 4 5
Volts
met
res
2
2
,)(2
)(exp))(()(d
ddtdf
i
obsiobsiiiobs
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
51
Estimation de la position courante Estimation de la position courante au moyen de au moyen de Codeurs incrémentauxCodeurs incrémentaux
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
52
Essais….Essais….
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
53
Essais en environnement domestiqueEssais en environnement domestique
Atteinte de la cible C3
Interface Homme - Machine Interface Homme - Machine
et Ergonomieet Ergonomie
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
55
Interface Homme Machine et Fauteuil AutonomeInterface Homme Machine et Fauteuil Autonome
Personnes ciblées :Personnes ciblées :
Personnes en situation de handicap moteur ayant des capacités réduites au niveau des membres supérieurs (aucun déficit intellectuel).
Description générale de l’activité :Description générale de l’activité :
Tâche « classique » = contrôle manuel du déplacement Tâche « classique » = contrôle manuel du déplacement au moyen du joystick au moyen du joystick
Tâche « informatique » = désignation d’un lieu de destination et tâches de choix (validation, corrections…) via une interface graphique et motrice
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
56
Interface Homme Machine et Fauteuil AutonomeInterface Homme Machine et Fauteuil Autonome
Interface motrice :Interface motrice : L’ interface motrice retenue est le joystick.
Interface visuelle : Interface visuelle : Un écran affiche les informations utiles
( espace de déplacement, trajectoire, perception de l’environnement … ).
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
57
Critères ergonomiques Critères ergonomiques Fitts (1953), Scapin et Bastien (1993)
1- Principe de la maîtrise du véhicule1- Principe de la maîtrise du véhicule
Le passage du mode automatique au mode manuel doit être simple et rapide
2 – Principe d’interruption temporaire de l’activité2 – Principe d’interruption temporaire de l’activité
L’utilisateur peut à tout moment interrompre son activité quelle que soit la tâche en cours de réalisation, puis revenir là où il s’était arrêté.
3 - Principe de la distance et de la taille des boutons 3 - Principe de la distance et de la taille des boutons
loi de Fitts, 1953 : « le temps de mouvement mis pour atteindre une cible est proportionnel à sa distance et inversement proportionnel à sa taille »
4 - Principe d’actions simples 4 - Principe d’actions simples
5 - Principe d’apprentissage minimal5 - Principe d’apprentissage minimal
………
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
58
1- Présentation de l’entreprise
2- Présentation du contexte
3- Conception et réalisation
4- Conclusion
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
59
Rajouter intra pièceRajouter intra pièce
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
60
1- Présentation de l’entreprise
2- Présentation du contexte
3- Conception et réalisation
4- Conclusion
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
61
Perspectives….Perspectives….
Poursuite des essais en laboratoire au sein de Poursuite des essais en laboratoire au sein de L’UMR Mouvement et Perception L’UMR Mouvement et Perception (Directeur : Jean-Louis Vercher) (Directeur : Jean-Louis Vercher)
Construction d’un second prototype en partenariat Construction d’un second prototype en partenariat avec un industrielavec un industriel
Merci de votre attentionMerci de votre attention
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
62
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle
Vue
OuieOdoratToucherGoûtAppareil vestibulaire
Vision camera
MicrophoneNez électroniqueSenseur haptiqueLangue électroniqueCapteurs inertiels (accéléromètres,
gyroscopes)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
63
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Vision NaturelleVision Naturelle
• Réfraction de la lumière par la cornée et le cristallin (focalisation)• Mise au point par le cristallin et les contractions des muscles ciliaires • Ajustement de la taille de la pupille pour maximiser la profondeur de champ
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
64
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Vision NaturelleVision Naturelle
Les caractéristiques de la rétine sont à l’origine de la distinction entre vision centrale et vision périphérique
2 types de photorécepteurs sensibles à la lumière dans la rétine : les cônes : résolution spatiale élevée et faible sensibilité à la lumière 140 000 cônes / mm carré sur la fovéa (diamètre = 4mm). les bâtonnets : résolution spatiale faible et forte sensibilité à la
lumière
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
65
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Vision NaturelleVision Naturelle
Spectre d’absorption des 4 pigments photosensibles de la rétine humaine normale
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
66
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Vision NaturelleVision Naturelle
Vision centrale (ou fovéale) : seulement une dizaine de degrés du champ visuel, mais une résolution spatiale très élevée. Sert à l’identification des objets et donne la direction du regard par rapport à la position de la tête et du corps.
Vision périphérique : couvre un champ visuel large,
transmet des informations relatives au mouvement de l’environnement par rapport à la rétine.
Système oculomoteur : a pour rôle de rediriger le regard
vers les zones où l’information doit être prélevée. Cette proprioception oculomotrice donne au système nerveux la position exacte de l’œil dans l’orbite.
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
67
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Système vestibulaire humainSystème vestibulaire humain
Deux organes otolithiques : le saccule et l’utricule Trois canaux semi-circulaires
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
68
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Système vestibulaire humainSystème vestibulaire humain
Les otolithes : sensibles aux accélérations linéaires et aux inclinaisons de la tête par rapport à la verticale, définie par le champ de pesanteur terrestre
Seuils de détection : 0.005 G dans le plan horizontal 0.01 G dans le plan vertical. 1.5 ° d’inclinaison de la tête.
Les canaux semi-circulaires détectent les accélérations angulaires. Seuils de détection : 0.14 °/s2 pour les canaux horizontaux 0.5 °/s2 pour les autres canaux.
Le rôle de l’appareil vestibulaire est de détecter l’ensemble des mouvements de la tête selon les six degrés de liberté (3 en rotation et 3 en translation)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
69
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Système auditif humainSystème auditif humain
Oreille moyenne : la chaîne des osseletsProtection du tympan par 2 muscles qui déterminent la raideur
globale du système
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
70
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Système auditif humainSystème auditif humain
Oreille interne : en forme de limaçon creusé dans l’os du rocherLes cellules sensibles sont disposées sur la membrane basilaire,
à l’intérieur du canal cochléaire, qui est rempli de liquide (endolymphe)
Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06
71
Perception Naturelle Perception Naturelle && Perception ArtificiellePerception Artificielle Système auditif humainSystème auditif humain
Performances du système auditif humain
Perception de l’intensité d’un son
Perception de la hauteur d’un son
Perception du timbre d’un instrument de musique
Extraction d’une conversation au milieu d’une foule bruyante
Localisation d’une source sonore (écoute binaurale)