Soutenance_Rubrecht_Final
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Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Contributions to the control of constrained robots Sébastien Rubrecht Philippe Bidaud Sous la direction de : Michel de Broissia Vincent Padois Contexte Formulation Resolution Conclusion Projet TELEMACH Maintenance Téléopérée Conception Commande 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 2/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Un Problème de Conception : morphologie du bras Morphologies de manipulateurs Banque de segments Optimisation 105 Evaluation : suivi de trajectoire en tête de coupe 23 Septembre 2011 [Sallé2004] Rubrecht, S., Padois, V., and Bidaud, P. (2009). New Horizons in Evolutionary Robotics, Evolutionary Design of a Robotic Manipulator for a Highly Constrained Environment, pages 59–64. Springer. Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 3/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Un Problème de Commande Spécifications Commande multiobjectifs Commande temps réel Commande sûre Commande performante 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 4/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Un Problème de Commande sûre Spécifications Commande sûre en environnement contraint et hostile 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 5/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Un Problème de Commande performante Spécifications Commande performante en environnement réduit et encombré [Maciejewski 1985] 23 Septembre 2011 [Sentis 2005] Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 6/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Synthèse Commande performante Commande Commande sûre Cinématique inverse Formulation du problème de commande Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 23 Septembre 2011 7/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Formulation du Problème de Commande Commande Cinématique inverse Formulation du problème de commande Contexte Formulation Resolution Conclusion Contraintes considérées Variable Position articulaire Distance opérationnelle Vitesse articulaire Accélération articulaire Etat étendu 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 9/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Sécurité au niveau de la commande Le système est en sécurité instantanée lorsque ses contraintes sont respectées Le système est en sécurité absolue lorsque ses contraintes ne pourront jamais être violées. 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 10/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Sécurité au niveau de la commande [Fraichard2007] [Wieber2008] [Broquère2011] 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 11/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Cas 1: position, vitesse et accélération Reformulation Conclusion Modification expression des contraintes Système en sécurité absolue 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 12/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Cas 1: position, vitesse et accélération Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., de Broissia, M., and Da Silva Simoes, M. (2011). Motion safety and constraints compatibility for multibody robots. Revision submitted – Autonomous Robots. 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 13/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Cas 1: position, vitesse et accélération 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 14/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Cas 2 : position, obstacle, vitesse, accélération ? ? ? ? Conclusion Incompatibilités toujours possibles Sécurité non assurée. 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 15/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Algorithme pour la sécurité Commande Cinématique Cinématique inverse inverse Formulation du problème de commande Sécurité Formulation des contraintes Expression Compatibilité ? 23 Septembre 2011 Comportement alternatif sûr Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 16/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Décélération maximale : Alternative Safe Behavior ASB1 Robot statique + Sécurité instantanée Sécurité absolue 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 17/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Décélération maximale: ASB1 Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., de Broissia, M., and Da Silva Simoes, M. (2011). Motion safety and constraints compatibility for multibody robots. Revision submitted – Autonomous Robots. 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 18/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Décélération maximale ASB1 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 19/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Décélérations mixtes : Alternative Safe Behavior ASB2 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 20/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Décélérations mixtes ASB2 [Faverjon1987] Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., de Broissia, M., and Da Silva Simoes, M. (2011). Motion safety and constraints compatibility for multibody robots. Revision submitted – Autonomous Robots. 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 21/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Décélérations mixtes ASB2 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 22/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Résolution du problème de commande Commande Cinématique inverse Formulation du problème de commande Sécurité Contexte Formulation Resolution Conclusion Critères d’évaluation Spécifications Commande sûre Commande performante en environnement encombré • Respect des contraintes • Optimalité locale • Bon comportement global 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 24/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Problème de commande à résoudre Trouver tel que Cadre multiobjectif hiérarchique … Sous des contraintes strictes 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 25/38 Contexte Formulation Multiobjectif, inversion directe Resolution Conclusion [Maciejewski 1985] [Sentis 2005] Absence de contraintes : tâches de suivi, tâche d’évitement (actif) Objectif en 1er 23 Septembre 2011 Contraintes en 1er Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 26/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion [Baerlocher 2004] Clamping Clamping Calcul du modèle courant Calcul mvmt Modification Jacobienne Clamping 23 Septembre 2011 Respect contraintes? Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 27/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Vers une Commande Compliante aux Contraintes CCC Inversion directe Résolution Itérative + Contraintes non respectées + + Commande sûre Formalisme universel Restreint aux butées Evitement actif Pas de mouvements d’évitement Oscillations Potentiel d’évitement inverse : non optimal et termes infinis. + + Pas d’oscillations, bon suivi Pas de vitesses infinies Méthode CCC • • • Résolution itérative Formalisme d’inversion directe (projecteurs) Eloignement contraintes par évitement actif o Priorité basse dans la hiérarchie des tâches o Potentiels d’évitement saturés 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 28/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion CCC : Synthèse Priorité 1 Evitement passif Priorité 2 Priorité 3 Evitement actif 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 29/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion CCC: Algorithme Calcul du modèle courant Calcul du mouvement Choix Combinaison de Contraintes Respect contraintes? Scaling Err < eps? 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 30/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion CCC : simulation Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., and de Broissia, M. (2010a). Advances in Robot Kinematics, Constraint compliant control for a redundant manipulator in a cluttered environment, pp. 367–376. Springer 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 31/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Résultats: CCC Distance aux obstacles (m) 23 Septembre 2011 Position opérationnelle (m) Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 32/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Prise en compte des contraintes d’accélération 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 33/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Utilisation d’une configuration déplacée Rubrecht, S., Padois, V., Bidaud, P., and de Broissia, M. (2010b). Constraints compliant control: constraints compatibility and the displaced configuration approach. In Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pages 677–684. 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 34/38 Contexte Formulation Resolution Conclusions and Perspectives Conclusion Contexte Formulation Resolution Conclusion Conclusions Bilan • Formalisme de sécurité commande • Méthodes de maintien de la sécurité CCC • Etudes de cas et vérifications expérimentales • Principe d’évitement passif • Commande multiobjectif à hiérarchie stricte respectant les contraintes • Commande à itération unique sûre et performante 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 36/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Perspectives Travaux à venir • Mise au point d’une politique actif/passif • Détermination de points déplacés dédiés suivant la mission • Extension au cadre dynamique • Extension à d’autres contraintes: obstacles mobiles, limites de couple 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 37/38 Contexte Formulation Resolution Conclusion Merci! 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes 38/38 Contexte Formulation Resolution Compléments Conclusion Contexte Formulation Resolution Conclusion Application : Conception par Algorithme Génétique Contexte Formulation Resolution Conclusion Un Problème de Conception Définition d’une banque de segments pour créer une population de robots aléatoires Population Parent Critère d’arrêt Sélection Remplacement Génération Population génitrice Evaluation Population enfant Suivi de trajectoires en tête de coupe Spécifications Bonne évaluation 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Opération Génétique Contexte Formulation Resolution Choix d’un génotype 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Conclusion Contexte Formulation Resolution Conclusion Indicateurs et Commande Evaluation Indicateurs • Présim : 40 pts • Erreur de suivi • 360 pts 3D • Nombre de DDL • 9m • Longueur du robot • Cinématique • Collision / segment / pas de tps Paramètres Génétiques CCC • Cross over : 13 % • Contraintes : Vitesse, obstacle. • Mutation : 10 % • Impact: nature des indicateurs • Générations : 500 • Impact: relations entre • Individus : 150 23 Septembre 2011 indicacteurs Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Contexte Formulation Resolution Résultats 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Conclusion Contexte 23 Septembre 2011 Formulation Resolution Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Conclusion Contexte Formulation Resolution Résultats 23 Septembre 2011 Contributions à la Commande de Robots sous Contraintes Conclusion
