71
MASTER NEUROSCIENCES MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives Cognitives Robotique Mobile Autonome Robotique Mobile Autonome Comportementale Comportementale dans ses dimensions Capteurs dans ses dimensions Capteurs et Effecteurs et Effecteurs Pierre Mallet CNRS, UMR Mouvement et Perception, Marseille [email protected]

MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

  • 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

Page 1: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

[email protected]

Page 2: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 3: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 4: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 5: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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…

Page 6: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 7: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 8: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 9: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 10: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 11: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 12: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 13: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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).

Page 14: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 15: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives
Page 16: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 17: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 18: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 19: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 20: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 21: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 22: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 23: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 24: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 25: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 26: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 27: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 28: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 29: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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..

Page 30: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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).

Page 31: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 32: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 33: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 34: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06

34

AUTONOMOUS MOBILE ROBOTICS

AND

WHEELCHAIR ATTRACTOR DYNAMICS PROJECT

Page 35: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 36: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 37: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 38: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 39: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 40: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 41: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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))

Page 42: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 43: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 44: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 45: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 46: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 47: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 48: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06

48

Architecture du Projet WADArchitecture du Projet WAD

Page 49: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 50: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 51: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 52: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06

52

Essais….Essais….

Page 53: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 54: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

Interface Homme - Machine Interface Homme - Machine

et Ergonomieet Ergonomie

Page 55: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 56: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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 … ).

Page 57: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

………

Page 58: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 59: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

Master Neurosciences - Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives - Cours de Robotique P.Mallet V_06

59

Rajouter intra pièceRajouter intra pièce

Page 60: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 61: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 62: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 63: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 64: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 65: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 66: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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.

Page 67: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 68: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 69: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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

Page 70: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)

Page 71: MASTER NEUROSCIENCES Spécialité Neurosciences Intégratives et Cognitives

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)