Asservissement visuel de la forme d'un câble suspendu

Shape visual servoing of a suspended cable

• Auteur / Autrice : Lev Smolentsev
• Direction : Alexandre Krupa, François Chaumette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique et robotique
• Date : Soutenance le 18/03/2024
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : MATISSE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Rennes, Bretagne-Atlantique) - RAINBOW
• Jury : Président / Présidente : Jacques Gangloff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Krupa, François Chaumette, Isabelle Fantoni-Coichot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antonio Franchi, Youcef Mezouar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Vision artificielle (robotique)

Mots clés libres

Asservisement visuel

Manipulation de câbles

Objets linéaires déformables

Manipulation aérienne

Visual servoing

Cable manipulation

Deformable linear objects

Aerial manipulation

Résumé

Cette thèse se situe dans le domaine de l’interaction robotique avec des objets déformables. Elle présente une approche de commande robotique pour la manipulation autonome d'un câble déformable attaché entre 2 robots et soumis à la gravité. Le travail de recherche a porté sur l'élaboration d'une approche d'asservissement visuel qui utilise une caméra RGB-D pour extraire la forme du câble et l'angle de lacet du plan vertical qui le contient. Pour concevoir la commande du système, nous avons proposé d’utiliser, en tant qu’informations visuelles, les coefficients d'une courbe parabolique représentant une approximation de la forme du câble et l'angle de lacet de son plan. Le modèle d'interaction qui relie les variations de ces informations visuelles aux vitesses des extrémités du câble a été dérivé analytiquement. Des résultats expérimentaux ont dans un premier temps été obtenus avec un bras robotique manipulant une extrémité du câble et ont démontré l'efficacité de cette approche d'asservissement visuel pour déformer le câble vers une configuration de forme désirée. Cette approche a ensuite été adaptée à la manipulation robotique aérienne et validée expérimentalement sur un scénario robotique impliquant la saisie et le transport d'un objet par un câble manipulé par deux drones quadrotors dont l’un, qui est équipé d'une caméra RGB-D, est contrôlé par la méthode d’asservissement visuel proposée.

This PhD thesis deals with robotic interaction with deformable objects. It presents a robotic control approach for the autonomous manipulation of a deformable cable attached between 2 robots and subjected to gravity. The research work focused on developing a visual servoing approach that uses an RGB-D camera to extract the shape of the cable and the yaw angle of the vertical plane containing it. To design the system control, we proposed to use, as visual features, the coefficients of a parabolic curve representing an approximation of the cable shape and the yaw angle of its plane. The interaction model that relates the variations of these visual features to the velocities of the cable extremities was analytically derived. Experimental results were first obtained with a robotic arm manipulating one end of the cable, demonstrating the effectiveness of this visual servoing approach in deforming the cable to a desired shape configuration. This approach was then adapted to aerial robotic manipulation and experimentally validated on a robotic scenario that involves the grasping and transport of an object by a tether cable manipulated by two quadrotor UAVs with one being equipped with an RGB-D camera and controlled by the proposed visual servoing method.