Commande conjuguée d'un robot mobile : modélisation dynamique et vision artificielle

Combined control of a mobile robot : dynamic modelisation and artificial vision

• Auteur / Autrice : François Guérin
• Direction : Alain Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique. Robotique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Le Havre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinématique

Commande prédictive

Vision par ordinateur

Commande automatique

Dynamique

Simulation par ordinateur

Robots mobiles

Mots clés libres

Asservissement visuel

Résumé

Ce mémoire de thèse est le résultat d'un travail de recherche visant à approfondir l'étude du comportement dynamique d'un robot mobile à deux roues motrices dont les caractéristiques mécaniques sont proches de celles d'une petite automobile. Le modèle que nous proposons repose sur l'application du principe fondamental de la dynamique et considère la plupart des caractéristiques mécaniques du robot mobile. Plus complet, ce modèle remplace avantageusement le modèle cinématique utilisé habituellement en robotique mobile. Par ailleurs, sa formulation finale reste relativement simple ce qui permet son utilisation dans le cadre d'applications temps réel. Ce modèle a été ensuite mis à profit dans le cadre de deux applications différentes : la stabilisation de configurations fixes et la commande référencée vision. Concernant la stabilisation de configurations fixes, la solution originale que nous avons développée consiste à appliquer au robot mobile trois consignes de position exprimées dans son propre repère et calculées à partir de la commande optimale ''bang-off-bang''. Par ailleurs, la trajectoire suivie par le robot mobile a pu être lissée en remplaçant les arcs de cercle par des portions de clothoi͏̈des. La seconde application repose sur l'utilisation du système de vision stéréoscopique embarqué sur le robot mobile. Ce dernier renseigne sur la distance et la direction de l'objet observé par rapport au robot mobile. La loi de commande par retour d'état que nous avons conçue, a pour objectif de maintenir le robot mobile face à l'objet observé et à une distance imposée de celui-ci

This PhD. Thesis is the result of a research work aiming at looking further into the study of the dynamic behavior of a two-driving-wheel mobile robot whose mechanical characteristics are similar to those of a small car. The model that we propose rests on the application of the fundamental principle of dynamics and takes into account the majority of the mechanical characteristics of the mobile robot. Being closer to reality, this model advantageously replaces the kinematic model usually used in mobile robotics. In addition, its final formulation remains relatively simple which allows its use in real time applications. This model was then used for two different applications : the stabilization of fixed configurations and vision-based control. Concerning the stabilization of fixed configurations, the original solution developed consists in applying to the mobile robot three positioning reference values written in its own reference and calculated from the optimal control ''bang-off-bang''. Furthermore, the trajectory followed by the mobile robot were smoothed by replacing the arcs of circle by portions of clothoids. The second application rests on the use of the stereoscopic vision system embarked on the mobile robot which provides informations on the distance and the direction of the observed object compared to the mobile robot. The state feedback control law that we designed aims at maintaining the mobile robot in front of the observed object with an imposed distance