Contributions à la commande par asservissement visuel

Contributions to control modeling in visual servoing, task redundancy and joint limits avoidance

• Auteur / Autrice : Mohammed Abdel-Rahman Marey
• Direction : François Chaumette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots autonomes

Vision artificielle (robotique)

Robots -- Systèmes de commande

Résumé

L’asservissement visuel est devenu une approche classique dans le cadre de la commande de robots exploitant les informations fournies par un capteur de vision dans une boucle de commande. La recherche décrite dans cette thèse vise à résoudre des problèmes d’asservissement et à améliorer la capacité de gérer plus efficacement les tâches supplémentaires. Cette thèse présente tout d’abord l’état de l’art en asservissement visuel, redondance et évitement des butées articulaires. Elle propose ensuite les contributions suivantes: Un schéma de commande est obtenu en introduisant un paramètre de comportement dans un contrôle hybride. Il permet un meilleur comportement du système lorsque des valeurs appropriées du paramètre sont sélectionnées. Une étude analytique des lois de commandes les plus courantes et de la nouvelle loi proposée est effectuée dans le cas de mouvements de translation et de rotation selon l’axe optique. De nouveaux schémas de commande sont également proposés pour améliorer le comportement du système lorsque la configuration désirée est singulière. Les contributions théoriques concernant le formalisme de la redondance reposent sur l’élaboration d’un opérateur de projection obtenu en ne considérant que la norme de la tâche principale. Cela conduit à un problème moins contraint et permet d’élargir le domaine d’application. De nouvelles stratégies d’évitement des butées articulaires du robot fondées sur la redondance sont développées. Le problème d’ajouter des tâches secondaires à la tâche principale, tout en assurant l’évitement des butées articulaires, est également résolu. Tous ces travaux ont été validés par des expérimentations dans le cadre d’applications d’asservissement visuel.

Visual servoing has become a popular paradigm in robot control by exploiting the information provided by a vision sensor in a feedback control loop. The research described in this dissertation aims mainly to solve problems in visual servoing control and to improve the ability to consider more effectively additional tasks. This thesis presents the state of art in visual servoing, redundancy, and joint limits avoidance and the following contributions: A new first order control scheme obtained by introducing a behavior parameter in a hybrid control matrix is first proposed. It allows a better behavior of the system when suitable values for the behavior parameter are satisfied. An analytical analysis of the most common control scheme and the new one is performed when the camera displacement is a combination of a translation along and a rotation around the camera optical axis. New second order control schemes are also proposed to enhance the behavior of the system when the problem of reaching a desired singular configuration is considered. Theoretical contributions regarding redundancy-based task-priority are achieved by developing a new projection operator obtained by considering only the norm of the main task. This leads to a less constrained problem and enlarges the applicability domain of redundancybased task-priority. New strategies for redundancy-based robot joint limits avoidance are developed. The problem of adding additional secondary tasks to the main task while ensuring the joint limits avoidance is finally solved. All these works have been investigated experimentally using an eye-in-hand system and visual servoing applications.