Centre national de la recherche scientifique - …...De l’utilisation des robots pour la rééducation: Intérêt et perspectives. J.Robertson, N. Jarrassé, V.P asqu ie tA .R ob

Colloque de suivi des projets 2006Systèmes Interactifs & Robotique

ÉCOLE CENTRALE DE NANTES

Bâtiment IRCCyN 1 rue de la Noë

44321 Nantes Cedex 03

2 et 3 Décembre 2008

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Présentation

4

PrésentationLes concepts, les méthodes ainsi que les techniques de la robotique sont des enjeux scientifiques, économiques et sociauxmajeurs. Dans l’industrie, les robots permettent une amélioration de la productivité et accroissent les capacités d’adap-tation dans l'organisation de la production. D’autre part, ils sont indispensables pour accéder à des zones inaccessiblesou dangereuses pour l'homme (exploration spatiale ou sous-marine, nucléaire...).Dans le domaine de la santé, les robots sont de plus en plus utilisés dans les pratiques de haute technicité (chirurgie,examen...). Ils peuvent également être un élément d'assistance aux personnes tout en veillant à la sécurité et à lasanté. Ils participent ainsi à l’amélioration de la qualité de vie. Enfin, les robots sont de plus en plus intégrés dans la vie quotidienne, que ce soit dans un but domestique ou ludique.Le développement de la robotique contemporaine est nécessairement inscrit dans une vision "intégrative" entre les sciencesphysiques (systèmes mécaniques et électroniques complexes, capteurs), les sciences et technologies de l'information,les sciences du vivant (biotechnologies, neurosciences, sciences cognitives) et les sciences sociales. Un défi majeur concernel’intégration de ces disciplines au sein d’un même système : le robot. Il ne s’agit pas d’additionner uniquement destechniques ou/et des résultats de chaque discipline mais d’examiner chaque problème avec, dès le départ, une démarchepluridisciplinaire.C’est dans cet esprit que l’ANR a lancé, en 2006, le programme “Systèmes Interactifs et Robotique”. L’objectif decet appel à projets de recherche est de renforcer la recherche fondamentale et la recherche industrielle interdisciplinairedans le domaine des systèmes interactifs cognitifs et d’aider son développement en encourageant les innovationsindustrielles intégrant ces concepts et ces technologies. Les 14 projets sélectionnés relèvent, pour certains, de la recherche fondamentale et pour d’autres de la rechercheindustrielle ou exploratoire. Ils se répartissent en trois thèmes : robotique interactive et cognitive, systèmes robotiquesautonomes et nouvelles architectures et commandes avancées.Ce colloque de suivi a pour objectif de faire, d’une part, le point sur les recherches entreprises dans ces projets et leurétat d’avancement et, d’autre part, il sera un moment privilégié pour dégager les perspectives de recherche dans cedomaine, notamment grâce à la table ronde dont le thème est “les robots sont-ils devenus intelligents” ?

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SommaireMARDI 2 DÉCEMBRE MATINÉEPrésident de la séance : M. Bernard Espiau

2RT-3D – Méthodes de reconstruction du terrain et d’analyse de scènes exploitant un imageur laser 3D, pour la navigation autonome en robotique terrestre 25

BRAHMA – Biorotic for assisting human operations 13

CONNECT – Control of networked cooperative systems 33

EmotiRob – Un compagnon réactif et expressif pour des enfants fragilisés 15

MARDI 2 DÉCEMBRE APRÉS-MIDIPrésident de la séance : M. Étienne Dombre

IMPALA – Radar panoramique hyperfréquence pour la localisation et la cartographie dynamiques et simultanées en environnement extérieur 27

RAAMO – Robot anguille autonome en milieux opaques 29

PACMAN – Perception haptique des échelles micro et nano-scopiques 17

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SommaireMERCREDI DÉCEMBRE MATINÉEPrésidente de la séance : Mme Jocelyne Troccaz

Objectif 100G 35

ROBAUSTISTIC – Environnement de production d’activités interactives à exécution contrôlée et adaptative pour des enfants présentant des troubles autistiques par l’intermédiaire du jeu avec un robot mobile ludique 19

SCUAV – Sensory Control of Unmanned Aerial Vehicles 21

SIROPA – Singularités de robots parallèles 37

MERCREDI DÉCEMBRE APRÈS-MIDIPrésidente de la séance : Mme Christine Chevallereau

SMART SURFACE – Smart surface based on autonomous distributed microrobotic systemsfor robust and adaptative micromanipulation 39

TREMOR – Active tremor compensation for the upper limbs via functional electrical stimulation41

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Comité d’organisation

Comité d’organisationCOORDINATION SCIENTIFIQUE USAR

Alix Gicquel, DirectriceMichel Guglielmi, Coordinateur Scientifique

ANRNakita Vodjdani, Responsable du Programme PsiRob

COMMUNICATION ET LOGISTIQUE (USAR)

Aline Tournier, Responsable Evénementiel

EN CHARGE DE LA GESTION ADMINISTRATIVEET FINANCIÈRE DES PROJETS (USAR)

Cyrielle Durand, Programme PsiRob

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RRoobboottiiqquuee iinntteerraaccttiivvee eett ccooggnniittiivveeBiorobotics for assisting human manipulation

Guillaume MOREL - LRP

Un compagnon réactif et expressif pour des enfants fragilisésDominique DUHAUT - VALORIA

Perception haptique des échelles micro et nano-scopiques Stéphane RÉGNIER - LRP

Environnement de production d’activités interactivesà exécution contrôlée et adaptative pour des enfants

présentant des troubles autistiques par l’intermédiaire du jeuavec un robot mobile ludique

Guillaume PRADEL - IBISC

Sensory Control of Un-manned Aerial VehiclesTarek HAMEL - I3S

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le programme Systèmes Interactifs & Robotique

sances sur la manipulation humaine en généralisant, en 3D et dans l’espace arti-culaire, des paradigmes sensori-moteurs qui ne bénéficient aujourd’hui que de preuvespartielles à l’aide d’expériences 2D et dans l’espace cartésien. L’autre objectif estde préparer l’utilisation de cette technologie et de ces connaissances pour des besoinsde rééducation fonctionnelle. Dans ce domaine applicatif, la robotique a prouvéson efficacité mais reste largement sous-exploitée, en raison notamment d’un manqued’activité sur la commande du robot ainsi que sur la compréhension et la maîtrisedes interactions physiques inhérentes à la comanipulation homme-robot.

L e projet Brahma se situe dans le domaine de la robotique interactive. Ilconcerne l’assistance aux mouvements du bras d’un sujet humain à l’aide

d’une orthèse. Le point de départ du projet est le prototype déjà existant d’une orthèsepossédant 5 ddl, dont 4 sont actifs. Par ses performances, cette orthèse, dévelop-pée et fabriquée par plusieurs partenaires de Brahma, constitue un objet unique enFrance et parmi les plus avancés d’Europe. Les recherches conduites dans le cadrede Brahma proposent d’exploiter les possibilités mécaniques de cette orthèse avecdeux objectifs principaux. Il s’agit tout d’abord de faire progresser les connais-

BioRobotics for Assisting Human ManipulationGuillaume MOREL

Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique

Université Pierre et Marie Curie – CNRS (FRE2507)

Acronyme BRAHMAEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 537 153 €Personnels (ETP) C : 98

Autres IT : 45Recrutés : 45

Mots clés � Orthèse � rééducation robotisée � biorobotique�membre supérieur � assistance au geste � neurosciences �modèles computationnels du mouvement � hémiplégie � synergies articulaires � transparence � couplage homme machine � comanipulation

Discipline Robotique interactive et cognitive

Résumé

13

Agnès Roby-Brami, Laboratoire Neurophysique et Physiologie - Olivier Rémy-Néris, Laboratoire de Traitement de l’Information Médicale - Yann Perrot, CEA List, Service Robotique Interactive François Louveau, Société Haption


Production scientifique depuis le début du projet

Verrous scientifiques et technologiques, points durs• Défi technologique : conception et réalisation d’une orthèse, avec sa commande associée, suffisamment forte pour porter un bras dans une grande partie de son

espace de travail et suffisamment transparente (limitation des frottements et des inerties) pour ne pas gêner l’étude des mouvements et permettre une maîtrise des efforts appliqués.

• Défi scientifique : généralisation, en 3D et dans l’espace articulaire, des paradigmes sensori-moteurs qui ne bénéficient aujourd’hui que de preuves partielles à l’aide d’expériences 2D.

Résultats majeurs• Une orthèse à 4 DDL, exploitant des vérins à câbles à haute transparence, a été finalisée et son contrôleur bas niveau a été développé.

Un site expérimental, en cours de duplication, est à la disposition des membres du projet BRAHMA ;• L’acceptation sensorielle et mécanique a pu être caractérisée grâce à deux campagnes d’essais préliminaires de l’orthèse sur sujets sains

(étude de la compatibilité morphologique, impact de l’orthèse sur les mouvements) ;• Une loi de commande innovante exploitant une prédiction de mouvement en plus des informations d’efforts a été proposée. Elle permet d’augmenter

significativement le niveau de transparence des systèmes en comanipulation.

BioRobotics for A

ssisting Hu

man MAn

ipulation

Publications ACL/brevets

Conférences� De l’utilisation des robots pour la rééducation: Intérêt et perspectives. J.Robertson, N. Jarrassé,

V. Pasqui et A. Roby-Brami ds Lettre de médecine physique et de rédaptation. (2007) 23 : 1-9.

� How can human motion prediction increase transparency? N. Jarrassé, J. Paik, V.Pasqui et G.Morel. Actes de ICRA’08: the International Conference on Robotics and Automation,pp. 2134-2139, 2008.� ABLE, an Innovative Transparent Exoskeleton for the Upper-Limb,Ph. Garrec, J.-P. Friconneau, Y. Measson, Y. Perrot, Actes de IROS’08 :the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent RObots and Systems, 2008.� Design and acceptabilty assessment for a new reversible orthosis,N. Jarrassé, J. Robertson, P. Garrec, J. Paik, V. Pasqui, Y. Perrot, A. Roby-Brami, D. Wang, G. Morel. Actes de IROS’08: the IEEE/RSJInternational Conference on Intelligent RObots and Systems, 2008.� Experimental evaluation of several strategies for human motionbased transparency control, N. Jarrassé, J. Paik, V. Pasqui et G. Morel,Actes de ISER’08 : 11th International Symposium on ExperimentalRobotics 2008.

Colloques : 3

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humaine et s’il est capable d’exprimer des émotions en retour. Le robot analysece que lui dit l’enfant et détermine son état émotionnel. Ainsi l’enfant pourra êtretriste ou gai, fatigué ou énervé... Le robot par ses mouvements devra participer àune interaction avec l’enfant par un sourire, une moue, un froncement les sour-cils, un mouvement de la tête... Pour ce projet, le réconfort apporté par le robot à l’enfant est l’objectif. Il convientdonc de définir comment il est possible d’évaluer la qualité de l’interaction.

L e projet EmotiRob consiste à concevoir un robot compagnon pour enfants han-dicapés ou hospitalisés. Le robot, autonome, doit pouvoir être pris dans les bras

pour que l’enfant puisse jouer avec. Il doit donc être léger, facile à prendre et doitdisposer d’une autonomie énergétique. Ce robot gère une interaction avec l’enfant.Le réconfort psychologique que le robot peut fournir est lié à la qualité du lien affec-tif que l’enfant peut lui porter. Ce lien peut être considérablement renforcé si le robotcompagnon est doué d’un minimum de capacités de compréhension de la parole

VALORIA : Université de Bretagne Sud - LI : Université de Tours - ADICORE : Université de Bretagne Sud

Un compagnon réactif et expressif pour des enfants fragilisés

Dominique DUHAUTVALORIA : Université de Bretagne Sud

Acronyme EmotiRobEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 236 000 €Personnels (ETP) C : 102

Autres IT : Recrutés : 45

Mots clés


Résumé

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Publications ACL/brevets � Conference on Mechatronics and Automation ICMA 2008.

Takamatsu, Kagawa, Japan, August 2008� A. Achour, J. Villaneau, D. Duhaut Cognitive and emotion interaction, lectures notes in computer science, Springer Berlin ISBN 9783540873907 p 553,560 september 2008� T. Dang, Sabine Letellier-Zarshenas, Dominique Duhaut. GRACE - Generic Robotic Architecture To Create Emotions. In 11th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines - CLAWAR 2008. Coimbra, Portugal, Septembre 2008� D.Duhaut, A generic architecture for emotion and personality, IEEE/ASME Int conf on Advanced intelligent mechatronics, july 2-5 2008, Xi’an Chine� S. Saint-Aimé, B. Le-Pévédic, D. Duhaut. EmotiRob: an emotional interaction model. In IEEE RO-MAN 2008, 17th International Symposium on Robotand Human Interactive Communication. Munich, Allemagne, Aout 2008.� A. Achour, M. Le Tallec, S. Saint-Aimé, B. Le Pévédic, J. Villaneau, J-Y. Antoine,D. Duhaut. EmotiRob: from understanding to cognitive interaction. In 2008 IEEEInternational

Colloques : 4

Verrous scientifiques et technologiques, points dursL’objectif général du projet est de formaliser une interaction positive avec un enfant. Ceci nécessite de posséder un modèle d’émotion sachant que par nature uneréaction émotive est très différente d’un individu à l’autre. Par ailleurs du fait de la jeunesse de l’interlocuteur, il faut être capable de comprendre le sens des parolesde l’enfant, ce qui fait appel à une taxonomie du langage et un traitement de reconnaissance et compréhension en temps-réel. Du point de vue du robot, la difficultéréside dans la limitation du nombre d’actionneurs induite par les contraintes de légèreté. Il devient alors difficile de trouver une capacité d’expression d’émotion richeavec peu d’actionneurs.

Résultats majeursUn premier modèle d’émotion synthétisant une grande partie des modèles déjà existants a été proposé, une expérimentation partielle montre des résultats encoura-geants. Un prototype de robot avec seulement 10 degrés de liberté est en cours de réalisation. La tête est prototypée. Un corpus de mots d’enfants pour l’étude sur lacompréhension a été réalisé. Une taxonomie des mots d’enfants est réalisée.

Un com

pagnon réactif et expressif pour des enfants fragilisés


Conférences

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entre la perception capteur et la perception opérateur. En effet, les moyens demesures des grandeurs physiques aux échelles micro/nano sont actuellement trèslimités. Néanmoins, il est possible de pallier ces lacunes par l'utilisation, à titred’exemple, de modèles de l'environnement, intégrés au couplage. Une autre approcheconsiste à modifier le rendu macroscopique des phénomènes microscopiques afinqu'ils corresponde des méthodes de rendus qui permettront à l'utilisateur de pren-dre connaissance de manière pertinente de la tâche qu'il effectue.

Les échelles microscopique et nanoscopique possèdent encore un grand nombred'hypothèses et d'inconnues pour la modélisation et la compréhension des

phénomènes physiques. L'objectif de ce projet de recherche est de proposer uneapproche permettant la perception haptique de ces échelles à travers une largegamme d’applications. La recherche proposée abordera ainsi les fondements dela conception et de la commande des interfaces haptiques dans le contexte parti-culier de la téléopération de systèmes robotiques de manipulation/caractérisationd’objets microcoscopiques. Une réflexion importante sera menée sur l'adéquation

Anatole Lecuyer, IRISA Rennes - Alain Micaelli, CEA List

Perception haptqiue des échelles Micro et Nanoscopiques

Stéphane RÉGNIERInstitut des Systèmes Intelligents et de Robotique

(UPMC – CNRS FRE 2507)

Acronyme PACMANEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 259 447 €Personnels (ETP) C : 145

Autres IT : 48 Recrutés : 38

Mots clés � interface haptique � couplage bilatéral� micro et nanorobotique� téléopération


Résumé

17



Verrous scientifiques et technologiques, points dursDe nombreuses difficultés apparaissent lorsque l’espace intrinsèque de travail est le monde microscopique. La différence majeure avec l'échelle macroscopique est due auxorigines des forces considérées. La valeur de L3 étant plus petite que celle de L2 dans l'intervalle [0,1], les forces volumiques deviennent négligeables devant les forces sur-faciques pour les objets de dimensions microscopiques. Ainsi, ces forces surfaciques, dont les effets sont négligeables à l'échelle macroscopique, modifient de façon drastiquela mécanique du contact et les interactions entre les différents systèmes. Des phénomènes non intuitifs apparaissent alors comme l’attraction ou la répulsion à courte ou longuedistance interfaciale, le collage et sa rupture à dynamique très importante, l’influence de paramètres externes dans l’évolution cinétique des forces. Cette complexité néces-site de proposer une approche radicalement différente de cette problématique à partir d’une vision non plus macroscopique mais entièrement dédiée à ces échelles.

Résultats majeursLa collaboration autour du projet PACMAN a donné lieu à quelques résultats majeurs soulignés par les publications :- un prototype d’interface haptique à un degré de liberté à haute fidélité ;- une évaluation du rôle de l’haptique pour l’enseignement de la nanophysique et l’accomplissement de manipulation avec retour d’efforts de nanotubes sous

microscope électronique ;- la définition d’un couplage bilatéral stable à partir de règles dérivées des conditions de Llewelyn ;- la démonstration d’un docking moléculaire à 6 degrés de liberté avec ressenti d’efforts.

Perception haptqiue des échelles Micro et N

anoscopiques


Conférences� “Improving Perception and Understanding of Nanoscale Phenomena Using Haptics and Visual

Analogy” Guillaume Millet, Anatole Lécuyer, Jean-Marie Burkhardt, Sinan Haliyo et Stéphane Régnier, Eurohaptics'08, M. Ferre (Ed.) Springer-Verlag, publisher. Pages 847-856.

� “Does Haptics and Visual Analogy help students in understanding Atomic Force Microscopy?” Guillaume Millet, Anatole Lécuyer, Jean-Marie Burkhardt, Sinan Haliyo et Stéphane Régnier, soumisà IEEE Transaction on Haptics

� Conception d’une interface à haute fidélité, brevet déposé à l’université Pierre et Marie Curie en septembre 2008, G. Millet, S. Haliyo, V. Hayward, S. Régnier

� “Plate-forme de téléopération à six degrés de liberté pour des applications de docking moléculaire flexible” Bruno Daunay, Aude Bolopion et Stéphane Régnier, Conférence Internationale Francophoned'Automatique (CIFA), 2008.

� “A VR simulator for training and prototyping of telemanipulation of nanotube”, Zhan Gao et A. Lecuyer, 15th ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology, 2008.

Colloques : 3

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s’intéressera particulièrement aux déplacements de l’enfant par rapport au robot,à l’observation du suivi du regard de l’enfant et aux gestes répertoriés pour ana-lyser son comportement ;� de contrôler l’exécution des scénarios en veillant à rester dans le cadre prédéfinipar le thérapeute, tout en tenant compte de manière personnalisée du comporte-ment (explicite ou implicite) de l’enfant, de ses compétences, de ses préférenceset d’un historique ;� de tenir compte de l’action du tuteur présent lors de l’exécution des activités dejeu avec partenaire.

L e projet RobAutiSTIC vise à définir les modèles, architectures et outils permet-tant de mettre en oeuvre un environnement robotique paramétrable, person-

nalisable et reconfigurable pour la conception et l’exécution adaptative d’activitésinteractives. Dans le contexte applicatif des enfants présentant des troubles autis-tiques, l’environnement permettra :� de mettre à disposition des praticiens un système auteur pour configurer leurspropres activités interactives.� d'’observer en permanence les actions et attitudes de l’enfant et du robot au coursde l’exécution de scénarios afin de les analyser en termes de comportements. On

Environnement de production d'activités interactives à exécution contrôlée

pour enfants présentant des troubles autistiques par l'intermédiaire du jeu avec un robot

Gilbert PRADELIBISC (Informatique, Biologie Intégrative et Systèmes Complexes)

Acronyme ROBAUTISTICEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 406 110 €Personnels (ETP) C : 110


Mots clés � autisme � exécution adaptative de scénarios � interaction personne-machine� robotique mobile semi-autonome


Résumé

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Ronan Champagnat, L3i (La Rochelle) - Pierre Gaucher, Laboratoire d'Informatique de l'université de Tours - Pascale Dansart, unité INSERM 930 (Tours)Thierry Maffre, Centre de ressources autisme de Midi Pyrénées (Toulouse) - Jean Pierre Malen, Association Autisme 75 (Paris) (initialement Hôpital de jour de Chevilly-Larue)



Verrous scientifiques et technologiques, points durs� la construction de modèles pertinents et adaptatifs de scénarios devant s’adapter au comportement courant de l’enfant ;� la capture et l’interprétation de données comportementales explicites et implicites : détermination de l’ensemble d’indices le plus représentatif possible

des comportements explicites et implicites des scénarios joués ; � la conception d’un superviseur intégré devant fournir une information de retour en temps réel à l’expert et inférer le niveau d’autonomie à donner au robot

pour lui permettre de poursuivre l’exécution de la trame ; � la validation et l’évaluation de la pertinence des mécanismes et de l’activité interactive.

Résultats majeurs� Conception et développement d'une version du robot télé-opéré muni des dispositifs suivants : trace, télémétrie, localisation, dossier enfant,

restitution de séquences sonores (bruits, phrases, chansons) ;� Développement et test d'une architecture logicielle pour le contrôle adaptatif d'une application basée sur une structure narrative pré-déterminée ;

Intégration de l'analyse temps-réel d'image dans le logiciel de contrôle adaptatif ;� Pré-expérimentation permettant d'aboutir à une définition opérationnelle du projet : plan d'expérimentation, faisabilité clinique, recrutement,

choix des marqueurs d'évolution ; � Définition du cahier des charges pour la programmation du robot (travail sur les scénarios, adaptations à la pathologie étudiée).

Environnem

ent de production d'activités interactives à exécution contrôlée


Conférences � Conf. ASSISTH 07 : ROBAUTISTIC, G. Pradel, Environnement de

production d’activités interactives et adaptatives pour des enfants autistespar le jeu avec un robot mobile ludique, Novembre 2007, Toulouse,� Conf. Handicap 08 : G. Pradel, M. Pasquier, J-P. Malen, Un modèlebasé sur la théorie des catastrophes pour un robot ludique pour enfantautiste, Juillet 2008, Paris� Conf. H2PTM, Méthodologie de conception d'une application interactive à exécution adaptative. D. Sarramia, R. Champagnat, P. Estraillier� Conf. ASSISTH. Intégration d'un modèle d'inattention dans une plateforme de rééducation adaptative pour enfants autistes. A. Ould Mohamed, M. Perreira Da Silva, V. Courboulay, M. Ménard� Conf. Handicap 08 : P. lebocey, L. Brillant, P. Gaucher, N. Monmarché, M. slimane, P. Dansart, A-S. Dauphin, C. Barthélémy, Un robot jouet pour susciter la communication chez l'enfant avec autisme, Juillet 2008, ParisColloques : 1

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difficile à modéliser. Enfin, les lieux d’évolution sont complexes et on ne peut pasen extraire des informations synthétiques en temps-réel dans un référentielabsolu par des méthodes de cartographie 3D du fait des limitations de calcul.Dans ces conditions, l’application de méthodes classiques de commande du vol dansun référentiel absolu basées sur des mesures de qualité est difficilement utilisa-ble. L’objectif de ce projet est d’étendre, dans ce domaine particulier de la robo-tique volante, le paradigme de la commande référencée capteur en fusionnant lesmesures des capteurs habituels de ce type de véhicules (centrale inertielle, GPS)aux informations issues de capteurs de vision et de télémétrie et en y associantdes méthodes avancées de stabilisation

L ’intérêt pour les systèmes volants autonomes s’est largement accru ces dernièresannées, en particulier pour les objets de petites tailles, aptes au vol stationnaire,

et capables d’opérer dans des environnements encombrés. Que ce soit pour lesbesoins civils ou militaires, la capacité de déporter aisément des capteurs, en par-ticulier la vision, permet de développer de nouvelles méthodes de travail dans desdomaines aussi variés que la surveillance, l’exploration ou l’inspection en vue delimiter les pertes humaines ou de réaliser des économies financières. L’obtentionde tels systèmes se heurte actuellement à trois facteurs importants. En premier lieu, les capteurs embarqués, pris individuellement, donnent des mesuresde piètre qualité. En second lieu, la dynamique des porteurs, dominée par des forceset des moments aérodynamiques et de contrôle mal connus à cette échelle, est

Sensory Control of Un-manned Aerial VehiclesTarek HAMEL

I3S

Acronyme SCUAVEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 819 077 €Personnels (ETP) C : 50


Mots clés � véhicules Aériens, � commande non linéaire� asservissement visuel dynamique� estimation d’état et filtrage de données.


Résumé

A gauche : démonstration d’inspection à Rouen avec HoyerEye en octobre 2007 et à droitele Minirec, mis à disposition du projet en complément d’HoverEye.

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Daniel Trouchet, Bertin Technologies - Laurent Eck, CEA List - Pascal Morin, INRIA Sophia AntipolisFrançois Chaumette, INRIA Rennes Bretagne Atlantique, Jérôme De Miras, Heudiasyc-UTC, Compiègne.



Verrous scientifiques et technologiques, points dursLa réalisation des objectifs, cités plus haut, nécessite le développement de lois de commande modernes au plus près des référentiels de mesures permettant ainsi d’éten-dre les capacités de réactivité du drone vis-à-vis des obstacles et des perturbations. Cette qualité de réponse du système doit s’accompagner d’une facilité de prise enmain pour un opérateur inexpérimenté dans le pilotage en proposant des modes de fonctionnement de haut niveau - pilotage semi-automatique, décollage et atter-rissage automatique, point fixe, suivi de chemin, évitement d’obstacle - et une interface d’utilisation intuitive. La réalisation de ces objectifs se fera donc en décom-posant les études en quatre problématiques (Contrôle avancé référencé capteurs, Méthodes avancées de stabilisation, Fusion de données, Téléopération).

Résultats majeurs� Une méthode de synthèse de commande par retour d’état a été développée pour répondre à différents objectifs opérationnels : stabilisation de vitesses de référence (e.g. en mode joystick), stabilisation de positions de référence (mode complètement autonome), etc. De nouvelles commandes non-linéaires ont été synthétisées afind’obtenir et garantir de bonnes propriétés de robustesse vis-à-vis des perturbations extérieures comme le vent ;� Une technique de filtrage complémentaire non linéaire a été développée, permettant l’estimation de paramètres inconnues (biais) et l’extraction de certains états inconnus ;� Une stratégie de localisation multimodale basée sur la construction d'une carte topologique à partir des informations inertielles et de vision, permet de réaliser unetâche de retour automatique à la base.

Sensory Control of U

n-manned Aeria

l Vehicles


Conférences � Bertrand S., Hamel T., Piet-Lahanier H., Stability Analysis of an UAV

Controller using Singular Perturbation Theory. Proceedings of the 17th IFACWorld Congress'08.� Le Bras F., Hamel T. and Mahony R., Output based Observation andControl for Visual Servoing of VTOL UAV's. Proceedings of the 17th IFAC WorldCongress'08.� B. Hérissé, F-X. Russotto, T. Hamel and R. Mahony, Hovering flight andvertical landing control of a VTOL Unmanned Aerial Vehicle using OpticalFlow. IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, IROS'08, Nice,France, Septembre 2008.� M-D Hua, P. Morin, C. Samson, Balanced-Force-Control of UnderactuatedThrust-Propelled Vehicles. Proceedings of the 46th IEEE Conference on Decisionand Control (CDC07), New Orleans, USA, Dec. 2007. � F. Le Bras, T. Hamel, R. Mahony, Virtual States based Visual Servoing ofa VTOL UAV, Proceedings of the 46th IEEE Conference on Decision and Control(CDC07), New Orleans, USA, Dec. 2007.� P-E. Ian Pounds, T. Hamel, R. Mahony, Attitude Control of Rigid BodyDynamics From Biased IMU Measurements, Proceedings of the 46th IEEEConference on Decision and Control (CDC07), New Orleans, USA, Dec. 2007

Colloques : 5

22

SSyyssttèèmmee rroobboottiiqquueess aauuttoonnoommeessMéthodes de Reconstruction du Terrain et d'analyse de scène

exploitant un imageur laser 3D, pour la navigation autonome en Robotique Terrestre

Aubert CARREL - PGES

Radar panoramique hyperfréquence pour la localisation et la cartographie dynamiques simultanées

en environnement extérieurMarie-Odile MONOD - CEMAGREF

Robot Anguille Autonome en Milieux OpaquesFrédéric BOYER - IRCCyN

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Le projet 2RT-3D traite des méthodes pour la reconstruction de l’environnementen 3D et l’analyse de scène, dans un contexte de mobilité autonome des robotsmobiles en environnement extérieur ouvert.Le projet est centré sur l’utilisation de mesures télémétriques acquises sous formed’images de distance, par le biais d’un imageur laser 3D à balayage dont la portéeest de plusieurs dizaines de mètres. Il traite également de leur fusion avec des imagesde réflectance produites par le même imageur pour en déduire des informationssupplémentaires sur les objets de l’environnement (surfaces, linéaires, feuillages…).

Simon Lacroix, CNRS/LAAS (Toulouse) - Joël Morillon, Thalès Optronique (Elancourt)

Méthodes de Reconstruction du Terrain et d'analyse de scène exploitant un imageur

laser 3D, pour la navigation autonome en Robotique Terrestre

Aubert CARREL - Société PGES

Acronyme 2RT-3DEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 445 355 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 80


Mots clés � robotique Mobile Terrestre� navigation Autonome� reconstruction de l’environnement� analyse de Scène� modèle Numérique de Terrain� imageur Laser 3D

Discipline Systèmes Robotiques Autonomes

Résumé

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Verrous scientifiques et technologiques, points dursLe capteur Laser 3D utilisé doit être suffisamment performant (portée, champ couvert, cadence et précision de mesure) et robuste pour pouvoir être embarqué à bordd’un robot mobile se déplaçant dans un environnement extérieur ouvert, sur tout terrain. Pour être utilisable en conditions réelles, les méthodes de reconstruction de l’environnement en 3D et d’analyse de scène doivent pouvoir apporter aux couches algo-rithmiques chargées de la navigation autonome du robot, une description de l’environnement suffisamment précise et fiable, rafraîchie à une cadence suffisammentrapide, pour que ces couches soient en mesure d’assurer la planification de l’itinéraire et le contrôle de la trajectoire du robot, y compris le contournement d’obstacles.

Résultats majeurs• L’évaluation du potentiel d’un imageur laser qui sera expérimenté tout au long du projet ;• La mise en place d’une architecture informatique d’acquisition et de traitement de données pour la reconstruction d’environnement en temps réel ;• Le développement et expérimentation d’algorithmes innovants pour l’analyse de scène 3D, et la localisation et la reconnaissance d’amers ;• La réalisation d’une base de données de séquences d’images 3D, synchronisées avec les données de position du robot utilisé, qui sera mise à disposition de la communauté scientifique robotique française.

Méthodes de Reconstruction du Terrain et d'analyse de scène


Conférences

Colloques :

26

des algorithmes, une intégration temps réel de cette application sera réalisée puisle projet s'achèvera par le portage sur un démonstrateur et des expérimentationsdans divers types d’environnement. Le partenariat s'articule autour de trois entités: le Cemagref, qui a la charge de la concep-tion et de la réalisation de l’imageur radar, le LASMEA qui développe les traitementsSLAMMOT et THALES qui réalise l’intégration temps réel et le portage sur démonstra-teur. L’objectif visé est de montrer les potentialités de la technologie radar en matièrede perception pour les applications de robotique mobile extérieure.

L e projet IMPALA propose un nouveau capteur de perception basé sur le prin-cipe du radar hyperfréquence, destiné à la localisation des robots mobiles rapides

et à la cartographie simultanée de l'environnement. Cet imageur radar pourra mesu-rer à la fois la distance et la vitesse radiale des obstacles mobiles sur 360° autourdu robot. Il sera intégré dans le développement de nouvelles applications de loca-lisation et cartographie simultanées avec suivi d'obstacles dynamiques, de typeSLAMMOT (Simultaneous Localization and Mapping – Mobile Object Tracking).Après la réalisation de banques de données réelles et simulées et la validation

Roland Chapuis, LASMEA, Université Blaise Pascal Clermont II - Joël Morillon, THALES Optronique, Département Robotique et Mini-UAV-

Robert- Vincent Joule CNRS EA 849 - Université de Provence Didier Courbet Université de Nice

Radar panoramique hyperfréquence pour la localisation et la cartographie dynamiques

simultanées en environnement extérieurMarie-Odile MONOD

Cemagref

Acronyme IMPALAEdition 2006Durée du projet 42 moisFinancement 436 503 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 138

Autres IT : Recruté : 1

Mots clés � radar � robotique mobile� localisation� cartographie� SLAM� SLAMMOT


Résumé

Image aérienne . position GPS Radar : cartographie et localisation simultanées

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Verrous scientifiques et technologiques, points dursEn milieu extérieur, les robots mobiles sont soumis à des conditions de fonctionnement difficiles à maitriser liées aux aléas climatiques ou à la variabilité de l'envi-ronnement. L'un des défis à relever en robotique mobile est lié à l'augmentation de la vitesse des véhicules, dont le verrou essentiel passe par la mise au point denouveaux capteurs de grande portée adaptés aux variations de terrain et aux conditions climatiques (pluie, vent, poussière, éclairement…). Le projet est destiné àlever ce verrou en montrant que la technologie radar, peu employée dans les systèmes de perception actuels, est capable d'apporter des solutions performantesrépondant à ces nouveaux défis.

Résultats majeursLe projet a débuté en juin 2007. Dans un premier temps, une banque de données réelles a été constituée, comportant des images radar synchronisées sur des don-nées GPS, afin de tester les algorithmes de localisation dans différentes configurations (sites urbains, périurbains, naturels). L'approche utilise le concept de SLAM denseavec un filtre de Kalman étendu. Les premiers résultats obtenus sur trajectoires planes sont très satisfaisants en matière de positionnement, y compris sur les circuitsbouclés. Les travaux sur la partie cartographie, portent sur le filtrage et la corrélation d'images panoramiques successives. Ils seront validés par matching sur des imagesaériennes et évalués courant 2009 sur des parcours longs et accidentés.

Radar p

anoram

ique hyperfréquence


Conférences � ROUVEURE R., CHECCHIN, P., FAURE, P., MONOD, M.O.,

Simultaneaous localization and map building using sensor in extensive outdoor environment: First results, 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA2007, Workshop on Perception, Planning and Navigation for IntelligentVehicles, Roma, Italy, 10-17 April 2007, 6 p.

� ROUVEURE, R, FAURE, P., CHECCHIN, P., MONOD, M.O., Mobile robot localizationand mapping in extensive outdoor environment based on radar sensor – First results, PSIP 2007 Physics in Signaland Image Processing, Mulhouse, France, Jan. 3 - Feb. 2, 2007, 6 p.

� ROUVEURE,R., MONOD, M.O., FAURE, P., Mapping of the environment with a high resolution ground-based radar imager, 14th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference MELECON'2008, Ajaccio, France, May 5-7, 2008, 6p.

Colloques : 5

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électrique, et fabrique, grâce à des capteurs discrets distribués sur son épiderme, uneimage électrique tri-dimensionnelle instantanée de son environnement par compa-raison des courants transdermiques attendus en absence d’obstacles avec ceux effec-tivement mesurés. Ce mode de perception, de nature “active” est resté à notre connais-sance très peu étudié en robotique jusqu’à aujourd’hui, et ce malgré son adaptationnaturelle à la détection d’obstacle. Aussi, l’un des résultats attendus du projet sera dedévelopper un cadre technologique (émetteur, capteurs...) ainsi que méthodologique(modèles, algorithmes..) dédié à ce “nouveau sens pour la robotique”.

RAAMO a pour objectifs : � de munir notre prototype de robot anguille, aujourd’hui en phase finale de réa-lisation, d’une peau artificielle performante ;� de le doter d’une autonomie sensorielle adaptée à son mode de locomotionbio-mimétique. Poursuivant le paradigme de la bio-robotique, le sens que nousvoulons mimer est la “perception électrique” ou “électrolocation” telle que plusieursfamilles de poissons la pratiquent pour naviguer dans les eaux troubles des forêts équa-toriales. Dans son principe, le poisson en situation d’électrolocation réalise un dipôle

Stéphane Bouvier, Pol Bernard Gossiaux, Subatech - Mazen Alamir, GIPSA-Lab - Denis Favier, 3S - Michel Visonneau, LMF de Nantes - Kirsty Grant, UNIC

Robert- Vincent Joule CNRS EA 849 - Université de Provence Didier Courbet Université de Nice

Robot Anguille Autonome en Milieux OpaquesFrédéric BOYER

IRCCyN

Acronyme RAAMOEdition 2006Durée du projet 48 moisFinancement 858 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 473


Mots clés � robotique biomimétique�électrolocation�nage anguilliforme� interactions perception-action.


Résumé

Photo d’un tronçon de 7 vertèbres sur les 12

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Verrous scientifiques et technologiques, points dursLes modèles de la perception électriques sont aujourd’hui incompatibles avec les bandes passantes de la commande dévolues à l’évitement d’obstacles du prototype.En outre, nous pressentons des difficultés importantes venant de l’inversion des modèles électriques. Sur le plan technologique, deux verrous sont d’ores et déjà iden-tifiés. Le premier est lié à la peau artificielle, dont les spécifications mécaniques sont très contraignantes. Le second verrou concerne le capteur électrique que nousvoulons de portée moyenne (de l’ordre de la longueur du prototype), et dont les récepteurs doivent être compatibles avec l’extraction d’une modulation relative d’unsignal de plusieurs ordres de grandeur inférieur à l’unité.

Résultats majeursLa modélisation électrique a suivi deux voies : l’une emprunte la méthode des éléments finis de frontières menant à des modèles de scènes complexes mais trèslourds en calcul, l’autre s’appuie sur des modèles analytiques dipolaires et est dédiée à la détection d’obstacles plans isolants et à la synthèse d’observateurs de typeKalman étendu. Une maquette expérimentale du capteur a été construite, un mode de mesure étudié, et une série de mesures en aquarium réalisées sur la maquetteet comparées avec succès avec les modèles. Des lois de commande avec contrôle du roulis par la torsion et/ou les pectorales ont été développées sur un démonstra-teur virtuel en mode télé-opéré avec Joystick et testées avec succès sur le prototype (à sec). L’architecture globale de la peau a été adoptée et le comportement du maté-riau et son élaboration, caractérisés.

Robot A

nguille Autonom

e en Milieux Op

aques


Conférences� F. Boyer, M. Porez, A. Leroyer et M. Visonneau, "Fast dynamics of an eel-like robot, comparisons with Navier-Stokes

simulations", IEEE Trans. On Robotics, à paraître, 2008, disponible en ligne : http://www.irccyn.ecnantes.fr/hebergement/ Publications/2007/ 3722.pdf.

� A. Leroyer, M. Visonneau, M. Porez, F. Boyer , “Self-propelled eel-like bodydynamics : simplified model and optimisation of laws of deformation”, 9thInternational Conference on Flow-Induced Vibrations, 30 Juin-4 Juillet 2008, Prague.� El Rafei M., Alamir M., Marchand N., Porez M. and Boyer F. Multi-variableConstrained Control Approach for a Three-Dimensional Eel-Like Robot. Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, (2008).� El Rafei M., Alamir M., Marchand N., Porez M. and Boyer F. Motion control of a three dimensional eel-like robot without pectorial fins. Proceedings of the IFAC World Congress, South Korea (2008).� Alamir M., El Rafei M., Hafidi G., Marchand N., Porez M. and Boyer F. Feedback Design of a 3D Movement of an Eel Robot. Proceedings of theIEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA'07 (2007).� Guillaume Baffet, Pol Bernard Gossiaux, Mathieu Porez, Frédéric Boyer. Robotique sous-marine : localisation par électrolocation pour l’évitement d’obstacle, IEEE CIFA, Conférence Internationale Francophone d’Automatique, Bucarest 2008. Article accepté.

Colloques : 5

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NNoouuvveelllleess aarrcchhiitteeccttuurreess eett ccoommmmaannddeess aavvaannccééeess

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Contrôle des systèmes multi-agents interconnectés par des réseaux de communications hétérogènes

Carlos CANUDAS DE WITT - GIPSA

Objectif 100GFrançois PIERROT - LIRMM

Analyse des singularités des robots parallèlesJean-Pierre MERLET - INRIA Sophia

Smart Surface based on autonomous distributed microroboticsystems for robust and adaptive micromanipulation

Nadine LE FORT-PIAT - LAB

Compensation active du tremblement pathologique des membres supérieurs via la stimulation

électrique fonctionnellePhilippe POIGNET - LIRMMle programme

Systèmes Interactifs & Robotique

contrôleurs qui prennent en compte des contraintes liées à la topologie de com-munications variable et au partage de ressource, tout en préservant la stabi-lité du système. Les problèmes de coordination et de commande distribuée serontégalement étudiés. Un simulateur générique permettant d’intégrer lesdiverses composantes d’un tel système sera développé et utilisé pour valider lesétudes théoriques. Le contrôle d’un ensemble de sous-système composé de véhi-cules autonomes sous-marins, de navires de surface et éventuellement de dronesaériens servira de support d’étude au projet.

L e projet CONNECT (CONtrol of NEtworked Cooperative sysTems) concerne leproblème du contrôle de systèmes multi-agents où les sous-systèmes phy-

siques sont interconnectés à travers un réseau de communication hétérogène.Le problème de commande d’un système d’agents autonomes (ou semi-auto-nomes) est proche de celui de la commande par rétroaction de systèmes dis-tribués sur un réseau à liens sans fil de caractéristiques de transmission variées,et incluant la possibilité de partager les ressources de calcul sur le schéma deconnections variable. Un des défis du projet est d’apprendre à concevoir des

Contrôle des systèmes multi-agents interconnectés par des réseaux de communications hétérogènes

Carlos CANUDAS DE WITTGIPSA-lab, UMR 5216

Acronyme CONNECT Edition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 589 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 112


Mots clés � commande des systèmes en réseaux� commande multi-agents � coordination des flottilles des robots sous-marins � méthodes de communications et simulation des systèmes sous-marins.

Discipline Nouvelles architectures et commandes avancées

Résumé

Michel Perrier, Service “Positionnement, Robotique, Acoustique et Optique”, IFREMER (EPIC) - Aubert Carrel, PGES (PME) - Nicolas Stéphane, PROLEXIA (PME)

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Verrous scientifiques et technologiques, points durs• Conception conjointe commande/communication/calcul sous contraintes d'énergie et d'environnement sévères ;• Coordination et commande en formation de flottilles de véhicules sous contraintes de capacités de communication limitées et hétérogènes ;• Commande robuste de véhicules autonomes sous contraintes de ressources de calcul limitées ;• Stratégies de modulation multi-porteuses robustes pour communications acoustiques en milieu marin ;• Étude et intégration de mécanismes d'interaction et de partage de décision homme-robots avec débit de données faible et non fiable entre les acteurs ; • Intégration de blocs hétérogènes de simulation “hardware in the loop” (contrôleurs, véhicules, environnement...).

Résultats majeurs• Définition d’un scénario de mission pour valider les développements devant être conduits par l’ensemble des partenaires ;• Définition des contraintes liées au contrôle coordonné de la flottille au réseau de communication hétérogène, permettant la formulation du problème de commande ;• Étude du problème de recherche de gradient dans le plan et nouvelle approche pour la commande optimale coordonnée ;• Études des méthodes de codage différentiel pour réduire la quantité de bits par échantillonnage ;• Études des nouvelles méthodes de communication sous marines type modulations multi-porteuses ;• Conception et réalisation d'une IHM de supervision pour une flotte de robots sous-marins simulés ;• Définition de l'architecture globale du simulateur distribué intégrant tous modules du projet avec le banc de simulation de l'AUV de l'IFREMER.

Contrôle des systèmes multi-agents interconnectés


Conférences � Canudas De Wit C., Jaglin J., Siclet C “Energy-aware 3-level coding and control

co-design for sensor network systems .” 16th IEEE International Conference on ControlApplications (CCA), Singapore, (invited session) (2007)� Jaglin J., Canudas De Wit C., Siclet C. “Delta Modulation for Multivariable Centralized Linear Networked Controlled Systems”, Conference on Decision and Control,Mexique (2008).� Ben Gaïd M. E. M., Simon D., Sename O A Design Methodology for Weakly-HardReal-Time Control 17th IFAC World Congress, Corée, République de (2008)� Canudas De Wit C., Crisanto Vega K., Jaglin J.Non uniform sampling & entrohopycoding in networked controlled linear systems Proceedings of the European Control Conference, ECC'07 - European Control Conference, ECC'07Kos, Grèce (2007)� Marchand N. Stabilization of Lebesgue's sampled systems with bounded controls:the chain of integrators case Proceedings of the 17th IFAC World Congress - 17th IFAC WorldCongress, République de Corée (2008)� On state-dependant sampling for nonlinear controlled systems sharing limitedcomputational resources, Alamir M. Proceedings of the European Control Conference, ECC'07 - European Control Conference, ECC'07, Grèce (2007)

Colloques :

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capables de prendre en compte des actionneurs piézo-électriques répartis. Leprojet peut être décrit et compris selon deux optiques différentes, selon que l’onprivilégie un point de vue “recherche” ou un point de vue “industrie” : outilset méthodes de conception d’architectures mécaniques innovantes et de leurscommandes associées, d’un côté, ou, de l’autre, conception et réalisation dedeux prototypes, à deux et à quatre degrés de liberté, pour la manipulation àtrès haute cadence. Le volet expérimental du projet Objectif 100G est donctrès important.

L ’objectif du projet est d’étudier les moyens permettant d’augmenter large-ment les cadences de pick-and-place en robotique de manipulation. La

recherche de temps de cycles très courts impose évidemment d’atteindre destemps de déplacement très courts, mais également des temps de stabilisationtrès courts aux points d’arrêt. La réduction du temps de cycle est abordée enconsidérant l’architecture générale du robot, étudiée non seulement du pointde vue cinématique mais également dynamique. Pour chercher à minimiserles vibrations aux points d’arrêt nous proposons d’étudier des lois de commande

Objectif 100GFrançois PIERROT

LIRMM

Acronyme Objectif 100GEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 621 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 87


Mots clés � robot parallèle� cinématique� dynamique� commande non linéaire


Résumé

Isabelle Queinnec, LAAS - Alexandre Haag, CEREBELLUM - ADEPT France


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Verrous scientifiques et technologiques, points durs• Trouver des architectures mécaniques combinant légèreté et rigidité ;• Imaginer des lois de commande non-linéaire capables d’amortir des vibrations sur un mécanisme complexe ;• Trouver des composants très performants (moteurs, actionneurs piézos) ;• Réaliser et mettre en œuvre des prototypes capables de très hautes accélérations.

Résultats majeurs• Une nouvelle architecture de robot parallèle pour déplacement planaires, mais à mécanisme spatial, à la fois plus rigide et plus légère que les équivalents

classiques ; à notre connaissance, il n’existe pas d’autre robot de ce type ;• Premiers mouvements de pick-and-place avec une accélération crête de 430 m/s2 ; à notre connaissance, il s’agit d’un record mondial.

Objectif 100G


Conférences� 1 soumission (IEEE ICRA 2009)

� PCT/EP2008/050563

Colloques : 1

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Ce problème nécessite des compétences complémentaires et la confrontation de plu-sieurs approches aux cotés de celle purement robotique : approches algébriques,géométriques et numériques. Par ailleurs, un volet expérimental est prévu pour lavalidation des résultats. Les résultats attendus sont des outils résolument inno-vants et suffisamment génériques de calcul et de gestion des singularités desrobots parallèles. Les familles de robots a priori intéressants pour l’industriedevront pouvoir être traitées par ces nouveaux outils. Les perspectives principalesde ce travail sont l’utilisation des outils d’analyse et de calcul des singularités pourla conception optimale de robots parallèles avec, à terme, l’élaboration d’un sys-tème intégré d’aide à la conception de robots parallèles. La diffusion des résultatset des connaissances issues de ce projet est un enjeu très important. Au delà despublications, les auteurs s’engagent à transmettre leurs connaissances aux étudiants(master et doctorat) et aux jeunes chercheurs, notamment au travers de la rédac-tion de chapitres d’ouvrage, de l’organisation de séminaires et d’écoles thématiques.

Ce projet concerne le développement des connaissances sur les singularités dumodèle géométrique direct des robots parallèles, suivi de la transmission de

ces nouvelles connaissances aux futurs acteurs de la robotique parallèle. Les auteurssont convaincus, que le développement effectif des robots parallèles dans l’indus-trie passe par une meilleure connaissance de leurs singularités. Pour cela, lesobjectifs importants fixés sont les suivants :- la proposition de nouveaux outils et de nouvelles méthodologies permettant dedétecter les configurations singulières dans l’espace de travail ;- le développement d’outils permettant le calcul et l’évaluation de l’espace de tra-vail dextre ;- l’étude de la séparation et du tri des modes d’assemblages ;- l’écriture d’une condition exploitable d’existence de points triples et la classifica-tion des robots parallèles en fonction de l’existence de tels points.

Analyse des singularités des robots parallèlesJean-Pierre MERLET

INRIA

Acronyme SIROPAEdition 2006Durée du projet 48 moisFinancement 625 990 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 150


Mots clés � robots parallèles� singularités


Résumé

Fabrice Rouillier, INRIA -Phillipe Wenger, IRCCyN -Laurent Granvilliers , LINA - Marie-Francoise Coste-Roy,IRMAR


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Verrous scientifiques et technologiques, points dursUne caractéristique des robots parallèles est la présence de configurations singulières qui entraîne une mobilité non souhaitée de l’organe terminal et des effortsimportants dans la structure. Il est donc essentiel de pouvoir énumérer et déterminer précisément ces configurations singulières afin de pouvoir les éliminer parconception ou les éviter par la commande. La proposition de nouveaux outils et de nouvelles méthodologies permettant de détecter les configurations singulières dansl’espace de travail constitue un premier verrou à lever. D’un point de vue pratique, il est souhaitable qu’un robot parallèle reste “suffisamment” loin des singularités.En corollaire au calcul des singularités, un objectif corollaire aux deux précédents est le calcul et la modélisation de l’espace de travail dextre, défini comme l’ensem-ble des poses accessibles par la plate-forme mobile et où le robot est, à coup sûr, suffisamment loin de toute singularité. Les robots parallèles sont connus pour avoirplusieurs modes d’assemblages, qui correspondent aux solutions réelles des équations du modèle géométrique direct. contrôler. Un troisième objectif de cette propo-sition, indispensable pour la commande, est l’étude de la séparation et du tri des modes d’assemblage. Enfin, contrairement aux robots sériels, on n’est pas capableaujourd’hui de reconnaître si un robot parallèle est capable de changer de mode d’assemblage sans passer par une singularité, sauf dans des cas très isolés. L’iden-tification de ces robots et leur classification constitue le dernier objectif de cette proposition.

Résultats majeurs• Un algorithme efficace de détection de la présence de singularités dans un espace de travail avec prise en compte des incertitudes sur la modélisation du robot ; • Une analyse des singularités via l'algèbre de Cayley ; • Des indices de proximité des singularités ; • Une première analyse des robots parallèles cuspidaux ; • Le calcul de l'espace du robot avec forces articulaires inférieures à un seuil ;• La définition de cas de robot test ; • La réalisation de plate-forme expérimentales pour la validation des principes théoriques.

Analyse des singularités des robots parallèles

Publications ACL/

brevets Co

nférencesvoir https://wiki-sop.inria.fr/wiki/bin/view/Coprin/SIROPA

Colloques : 6


39

smart surface, fondé sur une matrice de micro-modules intelligents (plusieurscentaines) afin de réaliser une surface de positionnement et de convoyage.Chaque micro-module sera composé d’un micro-actionneur, d’un micro-cap-teur et d’une unité de traitement. La coopération de ces nombreux micro-modulespermettra de reconnaître les pièces et de commander les micro-actionneurs pourdéplacer et positionner de façon précise ces pièces sur la smart surface.

L e projet a pour objectif, la conception, le développement et le contrôled’un système micro-robotique distribué pour le convoyage, le positionne-

ment et le tri de micro-pièces à l’échelle mésoscopique (µm au mm). Dans lecadre de la micromanipulation ou du micro-assemblage automatisé de mini-produits, les fonctions d’alimentation et de convoyage des composants consti-tuent un challenge important lié aux dimensions de ces pièces. Dans ce contexte,nous proposons un concept de micromanipulateur distribué et intégré, appelé

Smart Surface based on autonomous distributedmicrorobotic systems for robust and adaptive

micromanipulationNadine LE FORT-PIAT

FEMTO-ST, UMR CNRS 6174 – Département AS2M

Acronyme SMART SURFACEEdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 431 008 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 256


Mots clés � micromanipulation� MEMS autonomes� gestion distribué des informations, � contrôle distribué et adaptatif par apprentissage par renforcement


Résumé

Jean-François Manceau, FEMTO-ST/Dépt MN2S (Besançon) - Yves-André Chapuis, InESS (Strasbourg), UMR CNRS 7163 - Julien Bourgeois, LIFC (Besançon)Didier El Baz , LAAS (Toulouse), UPR 8001 - Bruno Lepioufle, LIMMS (Tokyo), UMI CNRS 2820 remplacé depuis par Dominique Collard


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Verrous scientifiques et technologiques, points dursLes verrous scientifiques sont liés aux problématiques :• de développement des modèles comportementaux de la surface distribuée à partir d’une méthodologie de conception par prototypage virtuel ;• de différentiation distribuée des micro-pièces présentes sur la smart surface ;• du contrôle distribué et adaptatif de la matrice de micro-actionneurs massivement distribués et colocalisés.

Les verrous technologiques sont liés :• à la réalisation de la matrice et l’intégration 3D MEMS-IC avec utilisation de techniques flip-chip et d’auto-assemblage ;• à la création de liens entre SysML (UML) et VHDL-AMS permettant à partir d'une spécification SysML de dériver automatiquement le squelette du code VHDL-AMS.

Résultats majeurs• Validation et comparaison expérimentale des modèles comportementaux de la surface distribuée en boucles ouverte et fermée. Premières briques de co-simulation validées ; • Programmation d’un comparateur exhaustif d’algorithmes de différentiation distribuée de micro-pièces et développement de deux algorithmes de contrôle distribué

fondés sur l’apprentissage par renforcement et les systèmes multi-agents ;• Validation de la procédure d’intégration par techniques de flip-chip et d’auto-assemblage d’un dispositif de MEMS en réseau et validation du processus de fabrication

et de la fonctionnalité du dispositif à partir de différents polymères (SU-8, Polyimide, OMR).

Smart S

urface based on autonomous distrib

uted microrobotic systems


Conférences� Y.-A. Chapuis, L. Zhou, H. Fujita, and Y. Hervé, “Multi-domain simulation using VHDL-AMS

for distributed MEMS in functional environment: Case of a 2-D air-micromanipulator”, Sensors and Actuators A: Physical (on line 2008/8)

� Laetitia Matignon, G.J.Laurent, Nadine Le Fort-Piat, “SOoN Algorithm for the Coordination of Independent Learners in Cooperative Markov Games”, Journal of autonomous agents and multi-agents systems, accepté avec révisions

� Y.-A. Chapuis, “MEMS-based air-flow contact-free micromanipulation:Toward a smart surface in fluidic environme”, 2008 Robotics: Sciences and Systems Conference, Workshop on Grand Challenges in Microrobotics and Microassembly, Zurich (Switzerland), June 28, 2008, invited talk.

� Y.-A.Chapuis, A.Debray, and H.Fujita, “3-D large-scale IC/MEMS co-integration using liquid solder for flip-chip assembly”. 8th IEEE-CPMT International Conference on Electronics Packaging Technology (ICEPT 2007), in Proceeding, Shanghaï (China), August 14-17, 2007

� Kahina Boutoustous, Eugen Dedu and Julien Bourgeois. An exhaustive comparison framework for distributed shape differentiation in a MEMS sensor actuator array. In International Symposium on Parallel and Distributed Computing (ISPDC), IEEE computer society press, Kraków, Poland, July 2008

� A. Hammad, H. Mountassir, and B. Tatibouet. Using the profile UML4SoC for modeling a smart surface. In ICEEDT'08, 2nd int. conf. on Electrical EngineeringDesign and Technology, à paraître November 2008.

Colloques : 2

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vités courantes de la vie des patients et conduit souvent à une gène sociale voirel’isolement. De plus, le coût économique et social associé à cette dépendanceest énorme pour l’individu ainsi que pour la société. Le projet a pour objectifprincipal d’explorer une alternative aux thérapies actuelles pharmacologiquesou chirurgicales qui peuvent avoir une action limitée. Cette alternative s’appuiesur la compensation active du tremblement des membres supérieurs via la sti-mulation électrique fonctionnelle.

L e tremblement se définit comme un mouvement anormal rythmique ou semi-rythmique involontaire d’une partie du corps résultant en la contraction alter-

née de groupes musculaires antagonistes. Le tremblement pathologique est lemouvement anormal le plus fréquemment retrouvé en pathologie humaine. Ilaffecte 5 à 9 % de la population de plus de 40 ans. Les causes courantes dutremblement pathologique incluent par exemple la maladie de Parkinson oudes dysfonctionnements cérébelleux (sclérose en plaques, accidents vasculaires,etc.). Ce mouvement involontaire constitue une gène importante pour les acti-

Compensation active du tremblement pathologique des membres supérieurs

via la stimulation électrique fonctionnellePhilippe POIGNET

LIRMM UMR 5506 CNRS UM2

Acronyme TREMOREdition 2006Durée du projet 36 moisFinancement 211 620 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 15,5


Mots clés � tremblements pathologiques� stimulation électrique fonctionnelle (SEF), � modélisation neuromusculaire, � estimation et commande


Résumé

Jean-Louis Divoux, NEUROMEDICS-MXM - Charles Fattal, Centre de rééducation Propara - Christian Geny, CHU Montpellier, Service de Neurologie

Le tremblement du membre supérieur


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Verrous scientifiques et technologiques, points dursLes verrous sont à la fois scientifiques, technologiques et cliniques. Les points durs scientifiques portent sur la caractérisation et la modélisation du tremblementpathologique, le filtrage pour la séparation du mouvement volontaire et pathologique, et la synthèse d’algorithmes de commande pour la compensation active utili-sant la stimulation électrique fonctionnelle. Les verrous technologiques concernent le choix des capteurs et de la technologie de stimulation ainsi que la conceptiond’un dispositif portable embarquant les unités de mesure, de calcul, et de stimulation. Enfin, la validation passe par des expérimentations cliniques soumises à l’accord du comité de protection des personnes.

Résultats majeursLes résultats actuels portent d’une part sur la modélisation du tremblement et d’autre part sur l’estimation et la prédiction du mouvement volontaire et pathologique.Nous avons ainsi travaillé sur un modèle neuromusculaire pour décrire les mécanismes périphériques du tremblement [1] et sur la modélisation du recrutement desunités motrices sous SEF en ajoutant la contribution du réflexe H dans l’activation [2]. Nous avons également proposé une approche pour la fusion par filtrage de Kalman des informations d’accélération et d’électromyographie pour améliorer l’estimation des paramètres de tremblement [3, 4]. Enfin, nous avons comparé diffé-rents modèles paramétriques pour caractériser le tremblement [5].

Compensation active du trem

blem

ent pathologique des mem

bres supérieurs


Conférences � D. Zhang, W.T. Ang, P. Poignet, “A neuromusucloskeletal model exploring

peripheral mechanism of tremor”, International Conference of IEEE Engineeringin Medicine and Biology Society (EMBC’08), Vancouver Canada, August 2008.� F. Campfens, M. Papaiordanidou, D. Guiraud, M. Hayashibe, A. Varray, “An activation model of motor response and H-reflex under FES”, 13th Annual International FES Society Conference (IFESS’08), Freiburg, Germany, September 2008. � F. Widjaja, C. Y. Shee, W. L. Au, P. Poignet, and W. T. Ang, “Kalman filtering of Accelerometer and EMG Data in Pathological Tremor Sensing System”, Proceedingsof 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA’08), May 2008.� F. Widjaja, C.Y. Chee, W.L. Au, P. Poignet, W.T. Ang, “An extended Kalman filtering of accelerometer and electromyography data for attenuation of pathological tremor”, IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob’08),October 2008.� A. Bo, P. Poignet, F. Widjaja, W.T. Ang, “On-line pathological tremor characterization using extended Kalman filtering”, International Conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’08), Vancouver, Canada, August 2008.

Colloques :

43

Conception [email protected]

Impression [email protected]

Mise en page [email protected]

Programme Systèmes Interactifs

& Robotique

Documents

Centre national de la recherche scientifique - …...De l’utilisation des robots pour la rééducation: Intérêt et perspectives. J.Robertson, N. Jarrassé, V.P asqu ie tA .R ob