Commande Dynamique Des Robots Rapides À Roues PDF Download
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Les problématiques de recherche abordées dans cet ouvrage sont la localisation et la commande dynamique des robots mobiles à roues lors de leur évolution à grande vitesse en environnements extérieurs. Pour la localisation, nous proposons un filtre de Kalman étendu, afin d'estimer la position et l'orientation du véhicule dans le plan du lacet, en tenant compte des temps de latence lors de la réception de mesures GPS. Une loi de commande en suivi de chemin, assurant la régulation de l'angle de lacet et de la vitesse d'avance, est développée en utilisant les techniques de commande de type mode glissant. Une implémentation de cette loi de commande a été réalisée sur deux types de robots mobiles à quatre roues et à six roues. La seconde commande présentée consiste à moduler les couples appliqués sur chacune des roues d'un véhicule à roues directionnelles, en s'appuyant sur une analyse de son comportement dynamique, pour une compensation des erreurs en vitesse de lacet. Enfin, nous étudions le phénomène de dérapage en vue de l'utiliser pour l'optimisation temporelle d'un suivi de chemin.
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Les problématiques de recherche abordées dans cet ouvrage sont la localisation et la commande dynamique des robots mobiles à roues lors de leur évolution à grande vitesse en environnements extérieurs. Pour la localisation, nous proposons un filtre de Kalman étendu, afin d'estimer la position et l'orientation du véhicule dans le plan du lacet, en tenant compte des temps de latence lors de la réception de mesures GPS. Une loi de commande en suivi de chemin, assurant la régulation de l'angle de lacet et de la vitesse d'avance, est développée en utilisant les techniques de commande de type mode glissant. Une implémentation de cette loi de commande a été réalisée sur deux types de robots mobiles à quatre roues et à six roues. La seconde commande présentée consiste à moduler les couples appliqués sur chacune des roues d'un véhicule à roues directionnelles, en s'appuyant sur une analyse de son comportement dynamique, pour une compensation des erreurs en vitesse de lacet. Enfin, nous étudions le phénomène de dérapage en vue de l'utiliser pour l'optimisation temporelle d'un suivi de chemin.
Author: Eric Lucet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 131
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Les problématiques de recherche abordées dans le cadre de cette thèse sont la localisation et la commande dynamique des robots mobiles à roues lors de leur évolution à grande vitesse en environnements extérieurs. Pour la localisation, nous proposons un filtre de Kalman étendu qui permet d'estimer la position et l'orientation du véhicule dans le plan du lacet en tenant compte des temps de latence lors de la réception de mesures GPS, et vérifie leur pertinence. Ce filtre a été simulé et validé lors de phases expérimentales. Une loi de commande en suivi de chemin, assurant la régulation de l'angle de lacet et de la vitesse d'avance est développée en utilisant les techniques de commande de type mode glissant. Une implémentation de cette loi de commande a été réalisée sur deux types de robots mobiles à quatre roues et à six roues. La seconde commande présentée consiste à moduler les couples appliqués sur chacune des quatre roues d'un véhicule à roues avants directionnelles en s'appuyant sur une analyse de son comportement dynamique pour une compensation des erreurs en vitesse de lacet. Cet algorithme, validé expérimentalement, a ensuite été complété en y intégrant le modèle dynamique d'un robot composé d'un nombre quelconque de roues directionnelles. Enfin, nous étudions le phénomène de dérapage en vue de l'utiliser pour l'optimisation temporelle d'un suivi de chemin
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CETTE THESE TRAITE DU PROBLEME DE LA MODELISATION ET DE LA COMMANDE DES ROBOTS MANIPULATEURS RAPIDES. L'OBJECTIF DE L'ETUDE EST LA COMMANDE DYNAMIQUE DES ROBOTS A ENTRAINEMENT DIRECT. NOUS PRESENTONS TOUT D'ABORD UNE METHODE, AINSI QU'UN PROGRAMME, DE CALCUL AUTOMATIQUE DES MODELES DYNAMIQUES OPTIMISES DES ROBOTS, QUI S'APPLIQUE DE MANIERE EFFICACE AUX STRUCTURES MECANIQUES COMPORTANT DES BOUCLES CINEMATIQUES. CETTE METHODE, BASEE SUR LE CALCUL SYMBOLIQUE, PERMET D'OBTENIR UNE PARAMETRISATION MINIMALE ET LINEAIRE DU MODELE EN FONCTION DES PARAMETRES MECANIQUES REGROUPES DU ROBOT, ET FACILITE LE REGLAGE DE LA COMMANDE. ENSUITE, NOUS INTRODUISONT LE PROBLEME DE LA COMMANDE SOUS L'ANGLE DE LA THEORIE DU CONTROLE AUTOMATIQUE DES SYSTEMES NON LINEAIRES ET NOUS COMPARONS DIFFERENTS SCHEMAS DE COMMANDES DYNAMIQUES. PUIS, NOUS NOUS INTERESSONS AUX PROPRIETES DE ROBUSTESSE ET D'ADAPTATION DE CES COMMANDES FACE AUX PHENOMENES PERTURBATEURS NON MODELISES. NOUS ETUDIONS EGALEMENT PLUSIEURS SCHEMAS DE COMMANDES NON LINEAIRES ET ADAPTATIVES EN RAPPORT AVEC LE PROBLEME DE LA COMPENSATION DE LA CHARGE TRANSPORTEE PAR LE ROBOT. CES TECHNIQUES DE MODELISATION ET DE COMMANDE SONT APPLIQUEES AU ROBOT D'ASSEMBLAGE A ENTRAINEMENT DIRECT, RACE, DEVELOPPE PAR LE COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE (CEA/UGRA)
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La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande et l'équilibre des robots humanoïdes disposant d'une base mobile à roues omnidirectionnelles. Les méthodes développées visent à atteindre de hautes performances dynamiques pour ce type de robot, tout en assurant stabilité et équilibre. Les robots humanoïdes ont en général un centre de masse relativement haut en comparaison avec leur surface de contact avec le sol. Ainsi, la moindre accélération des corps du robot induit une large variation de la répartition des forces de contact avec le sol. Si celles-ci ne sont pas correctement contrôlées, alors le robot peut tomber. De plus, le robot disposant d'une base mobile à roues, une perturbation peut l'amener aisément à basculer sur deux roues. Enfin, un intérêt particulier a été apporté à la réalisation d'une commande temps-réel implémentée sur le système embarqué du robot. Cela implique principalement des contraintes concernant le temps de calcul de la loi de commande. Afin de répondre à ces problèmes, deux modèles linéaires du robot ont été réalisés. Le premier permet de modéliser la dynamique du robot lorsque celui-ci possède toutes ses roues en contact avec le sol. Le second permet de modéliser la dynamique du robot lorsque celui-ci bascule sur deux de ses roues. Ces modèles ont été réalisés en prenant en compte la répartition massique du robot. Ainsi, il a été judicieux de le modéliser comme un système à deux masses ponctuelles, pouvant se déplacer sur un plan parallèle au sol. La première correspond au centre de masse de la base mobile, la seconde à celui du reste du robot. Ces modèles sont ensuite utilisés au sein de deux commandes prédictives, permettant de prendre en compte à chaque instant les contraintes dynamiques ainsi que le comportement du robot dans le futur. La première commande permet de contrôler les déplacements du robot lorsque celui-ci possède toutes ses roues en contact avec le sol, lui assurant de ne pas basculer. La seconde permet au robot de se rattraper d'une situation où une perturbation l'amène à basculer, afin de ramener toutes ses roues en contact avec le sol. Aussi, un superviseur disposant d'une machine à état à été réalisé afin de définir quelle loi de commande doit être exécutée à chaque instant. Ce superviseur utilise les capteurs disponibles sur le robot afin d'observer son état de basculement. Enfin, afin de valider expérimentalement le résultat des développements de cette thèse, une série d'expériences a été présentée, mettant en évidence les différents aspects de la loi de commande. Notamment, des essais ont été réalisés concernant le suivi de trajectoires non physiquement réalisables, le rejet de perturbations appliqués à la base mobile, la stabilisation du robot lors de son basculement, ainsi que la compensation de variations de l'inclinaison du sol.
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CETTE THESE ADRESSE LE PROBLEME SUIVANT: SOIT UN ROBOT MOBILE A ROUES EQUIPE DE CAPTEURS, SUPPOSES PARFAITS, RENVOYANT EN TEMPS REEL SA LOCALISATION. NOTRE OBJECTIF EST DE CONSTRUIRE DES LOIS DE COMMANDE PERMETTANT A CE SYSTEME DE SE DEPLACER DE FACON AUTONOME. NOUS AVONS DANS UN PREMIER TEMPS SUPPOSE QUE LES ROUES ROULENT SANS GLISSER SUR LE SOL. CECI EST REALISTE A VITESSE MODEREE ET SUR DES TERRAINS DE BONNE ADHERENCE. LES POSSIBILITES D'EVOLUTION DES ROBOTS ETANT ALORS CONTRAINTES, CES SYSTEMES SONT CLAIREMENT NON-HOLONOMES. LEUR MODELISATION EST DETAILLEE. ELLE MONTRE QUE, DANS L'OPTIQUE DE LA SYNTHESE DE LOIS DE COMMANDE, L'ENSEMBLE DES ROBOTS MOBILES A ROUES CONSTITUE 5 CLASSES D'EQUIVALENCE. LA POURSUITE D'UNE TRAJECTOIRE MOBILE ET LA STABILISATION SUR UNE CONFIGURATION DE REPOS SONT, POUR LES SYSTEMES NON-HOLONOMES, 2 PROBLEMES DISTINCTS. LES SOLUTIONS CLASSIQUES PEUVENT ETRE UTILISEES POUR 4 CLASSES DE ROBOTS. CELLE REGROUPANT LES ROBOTS EQUIPES DE PLUSIEURS ROUES COMMANDEES EN ORIENTATION ET EN ROTATION PRESENTE UNE DIFFICULTE: LE MODELE DE CES SYSTEMES COMPORTE DES SINGULARITES. NOUS AVONS CONSTRUIT, POUR LA POURSUITE, DES LOIS DE LINEARISATION PAR BOUCLAGE D'ETAT DYNAMIQUE, ET POUR LA STABILISATION, DES LOIS DE BOUCLAGE DE L'ETAT ET DU TEMPS, QUI GARANTISSENT QUE CES ROBOTS NE PASSENT PAS PAR LEURS SINGULARITES. ENFIN, POUR LA POURSUITE DE TRAJECTOIRES MOBILES SE TERMINANT PAR UNE CONFIGURATION DE REPOS, NOUS AVONS PROPOSE UN SCHEMA DE COMMANDE HYBRIDE EXPLOITANT CES LOIS. INDEPENDAMMENT, NOUS AVONS AUSSI ANALYSE LE TAUX DE CONVERGENCE DE BOUCLAGES DE L'ETAT ET DU TEMPS. AFIN D'ABORDER LA COMMANDE DE ROBOTS A DES VITESSES ELEVEES ET/OU AVEC UNE MAUVAISE ADHERENCE, NOUS AVONS DANS UN SECOND TEMPS RELACHE L'HYPOTHESE DE NON-GLISSEMENT. UNE SECONDE MODELISATION, EXPLOITANT LA DESCRIPTION DU CONTACT D'UN PNEUMATIQUE AVEC LE SOL, EST PROPOSEE. CELLE-CI ETANT INDEFINIE A VITESSE NULLE, SEULE LA POURSUITE D'UNE TRAJECTOIRE MOBILE EST ENVISAGEE. NOUS AVONS PROPOSE DES LOIS DE LINEARISATION PARTIELLE PAR BOUCLAGE D'ETAT STATIQUE, ET UN SCHEMA ADAPTATIF AFIN QU'ELLES SOIENT ROBUSTES POUR LES CONDITIONS D'ADHERENCE
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CE TRAVAIL TRAITE LES PROBLEMES DE COMMANDE DE ROBOTS POLYARTICULES RAPIDES DANS LE CAS SIMPLE OU LES ARTICULATIONS SONT RIGIDES, ET DANS LE CAS OU LES ARTICULATIONS SUBISSENT DES DEFORMATIONS DUES AUX DEPLACEMENTS A GRANDES VITESSES. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE AUX COMMANDES DYNAMIQUES DE ROBOTS RAPIDES SUPPOSES RIGIDES. UN PANORAMA SUR LA COMMANDE DYNAMIQUE APPARTENANT A LA PHASE DE PARAMETRISATION LINEAIRE NOUS A PERMIS DE DEGAGER UNE CLASSIFICATION DES LOIS EXISTANTES EN DEUX CLASSES, SUIVANT LEURS OBJECTIFS: LINEARISATION ET PASSIVITE. NOUS PROPOSONS EN SECOND LIEU UNE APPROCHE ADAPTATIVE QUI EXPLOITE LES AVANTAGES DES COMMANDES PASSIVES ET ROBUSTES TOUT EN EVITANT LES INCONVENIENTS DES METHODES LINEARISANTES. LES PERFORMANCES DE CHACUNE DE CES DERNIERES SONT EXPOSEES DANS LE CHAPITRE QUI PRESENTE LES RESULTATS D'UNE ETUDE COMPARATIVE EN SIMULATION. DANS LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL, NOUS SUPPRIMONS L'HYPOTHESE DE RIGIDITE DU ROBOT EN PRENANT EN COMPTE LES FLEXIBILITES DANS LES ARTICULATIONS. CES FLEXIBILITES SONT INTRODUITES SOUS FORME DE COUPLES DE RAIDEUR DANS LE MODELE DYNAMIQUE. APRES LA PRESENTATION D'UN ETAT DE L'ART SUR LA COMMANDE DE ROBOTS AVEC ARTICULATIONS FLEXIBLES, NOUS ABORDONS LA SYNTHESE DE LOIS DE COMMANDE QUI EXPLOITENT LES RESULTATS DE LA COMMANDE DE ROBOTS RIGIDES EN INTRODUISANT LA NOTION DE COMMANDE A DEUX ETAGES. UNE SECONDE LOI DE COMPENSATION A DEUX ETAGES A ETE PROPOSEE. BASEE SUR LA PASSIVITE, ELLE EST SIMPLE A METTRE EN UVRE ET A ANALYSER. ELLE UTILISE LES RESULTATS DE COMMANDE DE ROBOTS RIGIDES, DE L'APPROCHE PAR LES VARIETES INTEGRALES ET DE CELLE A DEUX ETAGES. UNE ETUDE COMPARATIVE DES LOIS ADAPTATIVES A DEUX ETAGES PROPOSEES ET UNE LOI ADAPTATIVE PROPOSEE DANS LA LITTERATURE, EST PRESENTE DANS LE CHAPITRE DES RESULTATS DE SIMULATION DE LA SECONDE PARTIE
Author: Vincent Padois Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 154
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Les missions aujourd'hui envisagées en robotique supposent un espace de travail étendu du robot : c'est la raison d'être des manipulateurs mobiles à roues, combinaison d'une plateforme à roues et d'un bras manipulateur. Ce mémoire présente notre contribution à l'étude de leur commande coordonnée pour des missions complexes basées sur l'enchaînement dynamique de tâches de natures différentes : mouvement, effort. A partir de la forme générique des modèles cinématiques de ces systèmes, nous avons développé un modèle dynamique unifié, exploitable pour la commande. Nous proposons une structure qui permet l'intégration des lois de commande tout en assurant le respect des différentes contraintes intrinsèques au système et liées à son environnement. Cette structure gère l'enchaînement des tâches à réaliser et permet l'adaptation des consignes pour la gestion des incertitudes. L'approche proposée a été validée en simulation et expérimentalement sur le robot H2bis+GT6A du LAAS de Toulouse.
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CETTE THESE ADRESSE LE PROBLEME DE LA CONDUITE AUTOMATIQUE DE VEHICULES A ROUES LORSQUE LES PSEUDO-GLISSEMENTS ENGENDRES PAR L'ELASTICITE DES PNEUMATIQUES SONT PRIS EN COMPTE. ELLE COMPREND UNE ETUDE THEORIQUE (MODELISATION ET COMMANDE) DE L'UNICYCLE ET DE LA VOITURE PLUS DES EXPERIMENTATIONS SUR LA VOITURE ELECTRIQUE ATALANTE DE L'I.N.R.I.A. LA MODELISATION SOUS L'HYPOTHESE DE PSEUDO-GLISSEMENTS A MIS EN EVIDENCE DES PROPRIETES DYNAMIQUES DIFFERENTES DE CELLES OBTENUES SOUS L'HYPOTHESE IDEALE DE ROULEMENT PUR SANS GLISSEMENT : LA TRAJECTOIRE DE REFERENCE DOIT SATISFAIRE LA DYNAMIQUE LATERALE DE GLISSEMENT DU ROBOT POUR PERMETTRE UN SUIVI ASYMPTOTIQUE EN POSITION ET ORIENTATION, LES SYSTEMES PERDENT LEURS PROPRIETES DE PLATITUDE. NOUS AVONS PROPOSE DEUX LOIS DE COMMANDE POUR L'UNICYCLE ET DEUX POUR LA VOITURE : LES PREMIERES CONCERNENT LE SUIVI DE TRAJECTOIRE ET LES SECONDES L'ASSERVISSEMENT EN VITESSE. POUR L'UNICYCLE : LE PREMIER RETOUR D'ETAT, DE TYPE LQ, DONNE DES RESULTATS LOCAUX DE CONVERGENCE SI LA TRAJECTOIRE DE REFERENCE SATISFAIT LA DYNAMIQUE LATERALE DE GLISSEMENT ET PRESENTE DES ACCELERATIONS SUFFISAMMENT FAIBLES. LE DEUXIEME, DE TYPE HAUTE FREQUENCE, FAIT CONVERGER LE SYSTEME VERS UN CYCLE LIMITE AUTOUR DE LA TRAJECTOIRE DE REFERENCE A LAQUELLE IL N'IMPOSE PAS DE CONTRAINTES. POUR LA VOITURE : LA PREMIERE LOI DE COMMANDE, DE TYPE LYAPUNOV, ASSURE LA CONVERGENCE GLOBALE DES VITESSES VERS CELLES DE REFERENCES. LA SECONDE, BIEN QUE NE DONNANT QUE DES RESULTATS LOCAUX DE CONVERGENCE, A L'AVANTAGE D'ETRE AISEE D'IMPLEMENTATION. LES EXPERIMENTATIONS SUR LE VEHICULE ATALANTE ONT PERMIS DE VALIDER LA DEUXIEME COMMANDE D'ASSERVISSEMENT EN VITESSE. A CET EFFET, NOUS AVONS DEVELOPPE UN FILTRE DE KALMAN, QUI FUSIONNE LES MESURES DES CAPTEURS ODOMETRIQUES ET INERTIELS, POUR ESTIMER LES VITESSES ABSOLUES DU VEHICULE NECESSAIRES AU RETOUR D'ETAT, AINSI QU'UN ALGORITHME D'IDENTIFICATION DU COEFFICIENT DE RAIDEUR LATERALE DES PNEUMATIQUES.
Author: Éric Lucet
Author: Éric Lucet
Author: Eric Lucet
Author: PHILIPPE.. DESBATS
Author: Malek Benakli
Author: François Dufour
Author: Jory Lafaye
Author: BENOIT.. THUILOT
Author: ABDELAZIZ.. BENALLEGUE
Author: Vincent Padois
Author: WILLIAM.. LEROQUAIS