Contributions à l'estimation de mouvement 3D et à la commande par vision rapide : application aux robots parallèles

Contributions to 3D motion estimation and fast vision control

• Auteur / Autrice : Redwan Dahmouche
• Direction : Nicolas Andreff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Vision pour la Robotique
• Date : Soutenance le 18/11/2010
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LAboratoire des Sciences et Matériaux pour l’Electronique, et d’Automatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (LASMEA) Laboratoire des sciences et matériaux pour l'électronique et d'automatique
• Jury : Président / Présidente : Wisama Khalil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Pierrot, Eric Marchand, Youcef Mezouar, Philippe Martinet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Pierrot, Eric Marchand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie tridimensionnelle

Robots -- Systèmes de commande

Commande automatique

Robotique

Vision artificielle (robotique)

Mots clés libres

Asservissement visuel

Commande dynamique

Robots parallèles

Suivi visuel

Visual servoing

Dynamic control

Parallel robots

Visual tracking

Résumé

La vision artificielle est un moyen de perception très apprécié en robotique. Les applications les plus courantes de la vision en robotique manipulatrice sont l'estimation de pose et la commande. D'un point de vue conceptuel, l'utilisation de la vision artificielle permet d'améliorer les performances de la commande des robots en termes de précision et de robustesse (vis-à-vis des erreurs sur les paramètres géométriques du robot). De plus, cette mesure est d'autant plus pertinente pour les robots parallèles puisque l'état de ces derniers est généralement mieux défini par la pose de l'effecteur que par les mesures articulaires, traditionnellement utilisées en commande. Cependant, les systèmes de vision classiques ne permettent pas de satisfaire les exigences des commandes hautes performances à cause de leur période d'acquisition et de leur temps de latence trop grands. Pour pallier ce problème, l'approche proposée dans cette thèse est de procéder à une acquisition séquentielle de fenêtres d'intérêt. En effet, le fait de ne transmettre que les régions de l'image contenant les primitives visuelles utiles a pour effet de diminuer la quantité de données à transmettre ce qui permet réduire la période d'acquisition et le temps de latence. De plus, l'acquisition non simultanée des primitives offre la possibilité d'estimer la pose et la vitesse du robot de façon conjointe. Différentes méthodes d'estimation et plusieurs schémas de commandes cinématiques et dynamiques utilisant ce mode d'acquisition ont ainsi été proposés dans ce document. Les résultats expérimentaux obtenus en commande dynamique par vision d'un robot parallèle montrent, pour la première fois, que la commande référencée vision peut être plus performante que la commande articulaire.

Visual sensing is very appreciated in manipulation robotics since it provides measures for pose estimation and robot control. Conceptually, vision allows improving the performance of manipulator robots control from accuracy and robustness (against kinematic parameters errors) points of view. In addition, vision-based control is particularly relevant for parallel robot manipulators. In fact, the state of these robots is usually better described by the pose of their mobile platform than by their articular joints. Thus, the use of vision simplifies the control of parallel robots. However, the typical vision systems do not fulfil the dynamic control constraints on the acquisition frequency and the latency. The approach proposed in this thesis is to perform a sequential acquisition of regions of interest which contain the useful visual features to cut down the data amount to transmit. Thus allows for reducing the acquisition period and latency. In addition, the sequential acquisition allows for estimating both the pose and the velocity of the robot platform. Thanks to this acquisition method, several control laws are proposed. The experimental results show that the performance of the proposed vision based dynamic control laws are, for the first time, better than classical dynamic control.