Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes

Contributions to the control of constrained robots

Sébastien Rubrecht Sous la direction de : Philippe BidaudMichel de BroissiaVincent Padois

Contexte Formulation Resolution Conclusion

Projet TELEMACH

Maintenance Téléopérée

ConceptionCommande

23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 2/38

Un Problème de Conception : morphologie du bras

Optimisation

Banque de segments

Evaluation : suivi de trajectoire en tête de coupe

Morphologies de manipulateurs

Rubrecht, S., Padois, V., and Bidaud, P. (2009). New Horizons in Evolutionary Robotics, Evolutionary Design of a Robotic Manipulator for a Highly Constrained Environment, pages 59–64. Springer.

[Sallé2004]

Un Problème de Commande

Spécifications

Commande multiobjectifs

Commande temps réel Commande sûre Commande performante

Un Problème de Commande sûre

Spécifications

Commande sûre en environnement contraint et hostile

Un Problème de Commande performante

Spécifications

Commande performante en environnement réduit et encombré

[Maciejewski 1985] [Sentis 2005]

Commande

Cinématique inverse

Synthèse

23 Septembre 2011Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes

Formulation du problème de commande

Commande sûre

Commande performante

Formulation du Problème de Commande

Commande

Contraintes considérées

Etat étendu

Variable

Position articulaire

Distance opérationnelle

Vitesse articulaire

Accélération articulaire

Sécurité au niveau de la commande

Le système est en sécurité instantanée lorsque ses contraintessont respectées

Le système est en sécurité absolue lorsque ses contraintes ne pourront jamais être violées.

Sécurité au niveau de la commande

[Wieber2008]

[Fraichard2007]

[Broquère2011]

Reformulation

Cas 1: position, vitesse et accélération

Conclusion

Modification expression des contraintes Système en sécurité absolue

Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., de Broissia, M., and Da Silva Simoes, M. (2011). Motion safety and constraints compatibility for multibody robots. Revision submitted – Autonomous Robots.

Cas 2 : position, obstacle, vitesse, accélération

Conclusion

Incompatibilités toujours possibles Sécurité non assurée.

Formulation des contraintes

Expression

Compatibilité ?

Commande

Algorithme pour la sécurité

Comportement alternatif sûr

Commande

Sécurité

Décélération maximale : Alternative Safe Behavior ASB1

Robot statique + Sécurité instantanée Sécurité absolue

Décélération maximale: ASB1

Décélération maximale ASB1

Décélérations mixtes : Alternative Safe Behavior ASB2

Décélérations mixtes ASB2

[Faverjon1987]

Décélérations mixtes ASB2

Résolution du problème de commande

Commande

Sécurité

Critères d’évaluation

Spécifications

Commande sûre

Commande performante en environnement encombré

•Respect des contraintes

•Optimalité locale

•Bon comportement global

Problème de commande à résoudre

Trouver tel que

Sous des contraintes strictes

Cadre multiobjectif hiérarchique

Absence de contraintes : tâches de suivi, tâche d’évitement (actif)

Contraintes en 1erObjectif en 1er

Multiobjectif, inversion directe

[Maciejewski 1985]

[Sentis 2005]

Clamping

[Baerlocher 2004]

Calcul du modèle courant

Calcul mvmt

Modification Jacobienne

Respect contraintes?

Clamping

Vers une Commande Compliante aux Contraintes CCC

Méthode CCC

• Résolution itérative• Formalisme d’inversion directe (projecteurs)• Eloignement contraintes par évitement actif

o Priorité basse dans la hiérarchie des tâcheso Potentiels d’évitement saturés

Inversion directe Résolution Itérative

Contraintes non respectées

Formalisme universel

Evitement actif

Oscillations

Potentiel d’évitement inverse : non optimal et termes infinis.

+Commande sûre

Restreint aux butées

Pas de mouvements d’évitement

Pas d’oscillations, bon suivi

Pas de vitesses infinies

CCC : Synthèse

Priorité 1

Priorité 2

Priorité 3

Evitement passif

Evitement actif

Calcul du modèle courant

Calcul du mouvement

Choix Combinaison de

Contraintes

Respect contraintes?

Scaling

Err < eps?

CCC: Algorithme

CCC : simulation

Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., and de Broissia, M. (2010a). Advances in Robot Kinematics, Constraint compliant control for a redundant manipulator in a cluttered environment, pp. 367–376. Springer

Résultats: CCC

Distance aux obstacles (m) Position opérationnelle (m)

Prise en compte des contraintes d’accélération

Utilisation d’une configuration déplacée

Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., and de Broissia, M. (2010b). Constraints compliant control: constraints compatibility and the displaced configuration approach. In Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pages 677–684.

Conclusions and Perspectives

Conclusions

• Formalisme de sécurité commande

• Méthodes de maintien de la sécurité

• Etudes de cas et vérifications expérimentales

• Principe d’évitement passif

• Commande multiobjectif à hiérarchie stricte respectant les contraintes

• Commande à itération unique sûre et performante

Perspectives

Travaux à venir

• Mise au point d’une politique actif/passif

• Détermination de points déplacés dédiés suivant la mission

• Extension au cadre dynamique

• Extension à d’autres contraintes: obstacles mobiles, limites de couple

Merci!

Compléments

Application : Conception par Algorithme Génétique

Un Problème de Conception

23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes

Population Parent

Critère d’arrêt Sélection

Opération GénétiqueEvaluation

Remplacement

Population enfant

Population génitriceGénération

Définition d’une banque de segments pour créer une population de robots aléatoires

Suivi de trajectoires en tête de coupe

Spécifications

Bonne évaluation

Choix d’un génotype

Indicateurs et Commande

Indicateurs

• Erreur de suivi

• Nombre de DDL

• Longueur du robot

• Collision / segment / pas de tps

Evaluation

• Présim : 40 pts

• 360 pts 3D

• 9 m

• Cinématique

Paramètres Génétiques

• Cross over : 13 %

• Mutation : 10 %

• Générations : 500

• Individus : 150

• Contraintes : Vitesse, obstacle.

• Impact: nature des indicateurs

• Impact: relations entre

indicacteurs

Résultats

Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes

Documents

aspirateurs robots

THÉÂTRE KILLING ROBOTS

Vous avez dit robots

Robots aquatiques: domaines d'applications

ÉTALONNAGE DE ROBOTS INDUSTRIELS

Robots roulants pour l’éducation

ROBOTS – nouvelle exposition permanente

ROBOTS IN HUIS?De gebruikersacceptatie van sociale robots

CONCOURS ITER ROBOTS

GPA546 ROBOTS INDUSTRIELS - Cours

Contributions à la coordination de tâches et de mouvements ... · Contributions à la coordination de tâches et de mouvements pour un système multi-robots ... Cette approche permet

Contrôle-Commande de Robots

FLYING ROBOTS Donner des ailes à vos ambitions Survoler les contraintes terrestres

ROBOTS - Tefal

Ordonnancement sous contraintes de Qualité de …people.rennes.inria.fr/Adrien.Lebre/PUBLIC/Cloud... · Ordonnancement sous contraintes de Qualit e de Service dans les Clouds Contributions

Robots nettoyeurs · Robots Nettoyeurs 89 ROBOTS NETTOYEURS > ROBOTS NETTOYEURS ÉLECTRIQUES Une solution autonome et performante Les robots électriques concentrent le meilleur de

SYSTÈMES DE ROBOTS - Arburg€¦ · tèmes de robots. Qu‘il s‘agisse de pique-carottes, de robots linéaires ou multi-axes, d‘intervention horizontale ou verticale dans le

Robots - Université du Québec à Montréalprofmath.uqam.ca/~boileau/DidAlgebre/M_Saboya/Robots.pdf · Situation Les Robots (Confrey, 1994) Les robots Un expert efficace travaille

Universal Robots Education

Robots sans frontières