Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique BENOIT Romain, DELANOUE Nicolas, LAGRANGE Sébastien, WENGER Philippe exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations 16 décembre 2014 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Singular curves and surfaces topology Séminaire du 15 − 16 décembre 2014, IRCCyN, Nantes Page web : https://project.inria.fr/singcast/ 1/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Stratifications et Triangulations Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 2/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Introduction Motivation : Classifier les fonctions géométriques des robots Fondation théorique : Classification de f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) #Cusps #Nodes Stratification Contour Apparent (et #Contre-images) (Triangulation, quatrilation) Figure: Progression d’invariants en invariants de plus en plus riches BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 3/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Introduction Motivation : Classifier les fonctions géométriques des robots Fondation théorique : Classification de f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) #Cusps #Nodes Stratification Contour Apparent (et #Contre-images) (Triangulation, quatrilation) Figure: Progression d’invariants en invariants de plus en plus riches [Contour apparent] – Algorithme (analyse par intervalles) : BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations - isole de façon garantie les cusps et nodes des fonctions géométriques f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) de robots Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives - encadre le lieu singulier, au cours de l’exécution 3/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Introduction Motivation : Classifier les fonctions géométriques des robots Fondation théorique : Classification de f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) #Cusps #Nodes Stratification Contour Apparent (et #Contre-images) (Triangulation, quatrilation) Figure: Progression d’invariants en invariants de plus en plus riches [Contour apparent] – Algorithme (analyse par intervalles) : BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations - isole de façon garantie les cusps et nodes des fonctions géométriques f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) de robots Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives - encadre le lieu singulier, au cours de l’exécution [Stratification/Triangulation] – Théorie et Construction : - Stratification : objet topologique → invariant - Triangulation : objet combinatoire → caractérisation 3/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Robot manipulateur 3R z d2 z3 BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. O y Algorithme applicable à la robotique x β3 z2 exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments r2 β2 θ2 d4 θ3 θ1 d3 Stratifications et Triangulations P r3 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: Schéma cinématique d’un robot 3R (θ1 = 0) 4/42 Classifier un robot 3R selon f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique voir : ”A classification of 3R orthogonal manipulators by the topology of their workspace” by Baili, M., Wenger, P., Chablat, D. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. – fonction géométrique d’un robot 3R (F : T 3 → R3 ) décrite par f : T 2 → R2 (robot invariant selon l’axe z) Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 5/42 Classifier un robot 3R selon f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique voir : ”A classification of 3R orthogonal manipulators by the topology of their workspace” by Baili, M., Wenger, P., Chablat, D. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. – fonction géométrique d’un robot 3R (F : T 3 → R3 ) décrite par f : T 2 → R2 (robot invariant selon l’axe z) Algorithme applicable à la robotique – Une première classification des robots 3R : - robots 3R à axes orthogonaux (r3 = 0) - classification de f par #cusps et #nodes dans l’espace de travail - utilise des méthode formelles exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 5/42 Classifier un robot 3R selon f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique voir : ”A classification of 3R orthogonal manipulators by the topology of their workspace” by Baili, M., Wenger, P., Chablat, D. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. – fonction géométrique d’un robot 3R (F : T 3 → R3 ) décrite par f : T 2 → R2 (robot invariant selon l’axe z) Algorithme applicable à la robotique – Une première classification des robots 3R : - robots 3R à axes orthogonaux (r3 = 0) - classification de f par #cusps et #nodes dans l’espace de travail - utilise des méthode formelles exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations – Notre contribution : Utilisation des méthodes d’analyse par intervalles : - cusps et nodes peuvent être isolées de façon garantie pour toute fonction f - long temps d’exécution de l’application littérale de l’algorithme théorique Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 5/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme théorique appliqué aux robots 3R Recherche des cusps sur [−π, π]2 : rapide → conservée Recherche des nodes sur [−π, π]4 : très lente → adaptation Temps de calculs de l’ordre du mois BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 6/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme théorique appliqué aux robots 3R Recherche des cusps sur [−π, π]2 : rapide → conservée Recherche des nodes sur [−π, π]4 : très lente → adaptation Temps de calculs de l’ordre du mois BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Causes : Algorithme applicable à la robotique - Expressions complexes de f et de ses différentielles ⇒ nombreuses subdivisions et longs temps d’évaluations exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments - Recherche dans [−π, π]4 (espace de dimension 4) - gestion du voisinage de ∆[−π, π]4 Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 6/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme théorique appliqué aux robots 3R Recherche des cusps sur [−π, π]2 : rapide → conservée Recherche des nodes sur [−π, π]4 : très lente → adaptation Temps de calculs de l’ordre du mois BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Causes : Algorithme applicable à la robotique - Expressions complexes de f et de ses différentielles ⇒ nombreuses subdivisions et longs temps d’évaluations exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments - Recherche dans [−π, π]4 (espace de dimension 4) - gestion du voisinage de ∆[−π, π]4 Stratifications et Triangulations Adaptation en scindant la recherche de nodes en 2 étapes : Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 1. pré-construction d’une liste de recherche avec : - Gestion du voisinage de ∆[−π, π]4 - Recherche des nodes près de Sfr × Sfr 2. Recherche de nodes dans la liste pré-construite 6/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme adapté Algorithme en 3 étapes : 1. Recherche des cusps (Newton par intervalles) 2. Construction d’un recouvrement, R, de Sf en 2 étapes : - Injectivité : ∀G ∈ R, f|Sf ∩G est injective - Gestion de la diagonale : ∀(G , D) ∈ R 2 | G ∩ D 6= ∅, f|Sf ∩(G ∪D) est injective 3. Recherche des nodes dans chaque élément de {G × D | (G , D) ∈ R 2 ; G ∩ D = ∅} BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 7/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme adapté Algorithme en 3 étapes : 1. Recherche des cusps (Newton par intervalles) 2. Construction d’un recouvrement, R, de Sf en 2 étapes : - Injectivité : ∀G ∈ R, f|Sf ∩G est injective - Gestion de la diagonale : ∀(G , D) ∈ R 2 | G ∩ D 6= ∅, f|Sf ∩(G ∪D) est injective 3. Recherche des nodes dans chaque élément de {G × D | (G , D) ∈ R 2 ; G ∩ D = ∅} Remarque BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives La seconde étape retourne un recouvrement garanti de Sf Recouvrement R construit, en pratique, en 2 sous étapes : - construction de R0 tel que ∀G ∈ R0 , f|Sf ∩G est injective - subdiviser chaque G ∈ R0 pour obtenir les boites de R (supprimer les sous-boites créées n’intersectant pas Sf ) 7/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Recouvrement R de Sfr , BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique f Sf exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments R Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: Recouvrement R, de Sf , vérifiant : ∀(G , D) ∈ R 2 | G ∩ D 6= ∅, la fonction f|Sf ∩(G ∪D) est injective 8/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Recherche des nodes ”le long de R” , BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique f exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Sf R Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: [1/5] Recherche des nodes dans {{G , D} | G ∩ D = ∅} 9/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Recherche des nodes ”le long de R” , BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique f exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Sf R Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: [2/5] Recherche des nodes : images disjointes 10/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Recherche des nodes ”le long de R” , BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique f exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Sf R Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: [3/5] Recherche des nodes : détecter un node (1/2) 11/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Recherche des nodes ”le long de R” , BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique f exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Sf R Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: [4/5] Recherche des nodes : détecter un node (2/2) 12/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Recherche des nodes ”le long de R” , BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique f exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Sf R Stratifications et Triangulations Figure: [5/5] Recherche des nodes : fin lorsque R a été parcouru 13/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Performances : BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Points positifs (3R orthogonal/3R général) : – cusps rapidement isolés (∼ 1 min/∼ 50 min) – Construction plutôt rapide des recouvrements R0 et R (∼ 10 min/∼ 7 heures) Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments – Détection rapide des nodes (∼ 5 min/∼ 10 heures) Points négatifs (3R orthogonal/3R général) : - Longue vérification de l’absence de node près des cusps (∼ 45 min/∼ 60 heures) Temps de vérification réduit par l’utilisation de méthodes de propagation de contraintes (librairie Ibex) 14/42 Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Conclusions–Contribution I Encadrement garanti des cusps et des nodes d’une fonction géométrique f ∈ C ∞ (R2 , R2 ) à l’aide de l’analyse par intervalles (lorsque f est générique) I Possibilité d’encadrer le contour apparent, à l’aide du recouvrement de Sf construit. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique I Possibilité d’avoir une imprécision sur les paramètres. I Possibilité de prendre en compte des contraintes - articulaires - dans l’espace de travail (ex : auto-collisions) L’algorithme SIVIA (algorithme classique d’inversion ensembliste) utilisé est compatible avec notre procédure de recherche de cusps et de nodes 15/42 exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Figure: Auto-collisions pour un robot 3R orthogonal de paramètres géométriques d2 = 1, d3 = 1, d4 = 1.5, r2 = 0.5 et r3 = 0.5 (solides oblongs de rayon 0.1 et liaisons pivots de rayon 0.2) 16/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Stratifications et Triangulations Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 17/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Limites du contour apparent exemple fourni par Michel COSTE f1 ∼ f2 ⇒ CA(f1 ) = CA(f2 ) BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 18/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Limites du contour apparent exemple fourni par Michel COSTE f1 ∼ f2 ⇒ CA(f1 ) = CA(f2 ) s o0 p0 p n m o n0 m M s s exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments N Stratifications et Triangulations o0 P Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives O m o p0 S m0 p n Algorithme applicable à la robotique f1 m m0 o0 BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. n0 f2 s Figure: Importance des contres images 18/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Stratifications BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique Stratification de Thom Boardman : Invariant Objets constituant les stratifications peuvent être de topologies compliquées. exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Notre objectif : Avoir une application simpliciale,cf , entre objets combinatoires qui caractérise f ∈ C ∞ (E , F ) Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 19/42 E f -F Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique C∞ ∼0 ψ ? |cf | ? - |c | Objet topologique |cE | F φ r1 6 cE BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. 6 cf Algorithme applicable à la robotique r2 - c Objet combinatoire F exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Figure: Diagramme commutatif des objets caractérisant f Stratifications et Triangulations I f ∈ C ∞ (E , F ), I φ : E → |E | et ψ : F → |F |, des homéomorphismes I r1 et r2 des réalisations, I cf : cE → cF une application entre objets combinatoires de réalisations topologiquement simples. 20/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives E f -F Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique C∞ ∼0 ψ ? |cf | ? - |c | Objet topologique |cE | F φ r1 6 cE BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. 6 cf Algorithme applicable à la robotique r2 - c Objet combinatoire F exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Figure: Diagramme commutatif des objets caractérisant f Stratifications et Triangulations I f ∈ C ∞ (E , F ), I φ : E → |E | et ψ : F → |F |, des homéomorphismes I r1 et r2 des réalisations, I cf : cE → cF une application entre objets combinatoires de réalisations topologiquement simples. 21/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Premier objet combinatoire : Triangulation BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Définition (Triangulation) Une triangulation, T , est une liste de n-uplets de symboles, tels que : ∀t ∈ T , ∀t0 ⊂ t, t0 ∈ T Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Définition (Symboles de la triangulation T) sy (T ) = {s | ∃t ∈ T , s ∈ t} Stratifications et Triangulations Définition (Application de T1 dans T2 ) Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Une application g : T1 → T2 telle que : ∃gsy : sy (T1 ) → sy (T2 ) et ∀t ∈ T1 , g (t) = {gsy (s) | s ∈ t} 22/42 E f -F Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique C∞ ∼0 ψ ? |cf | ? - |c | Objet topologique |cE | F φ r1 6 cE BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. 6 cf Algorithme applicable à la robotique r2 - c Objet combinatoire F exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Figure: Diagramme commutatif des objets caractérisant f Stratifications et Triangulations I f ∈ C ∞ (E , F ), I φ : E → |E | et ψ : F → |F |, des homéomorphismes I r1 et r2 des réalisations, I cf : cE → cF une application entre objets combinatoires de réalisations topologiquement simples. 23/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Réalisation de triangulation Définition (Réalisation d’une triangulation T ) Objet géométrique |T | ⊂ Rn formé de simplexes tels que l’ensemble des n-uplets de points sommets d’un simplexe de |T | est en bijection avec T . a Algorithme applicable à la robotique {a, b, c} {a, b} BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 2 Figure: Réalisations dans R des n-uplets combinatoires Théorème (Homéomorphisme des réalisations) Les réalisations d’une triangulation sont homéomorphes 24/42 E f -F Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique C∞ ∼0 ψ ? |cf | ? - |c | Objet topologique |cE | F φ r1 6 cE BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. 6 cf Algorithme applicable à la robotique r2 - c Objet combinatoire F exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Figure: Diagramme commutatif des objets caractérisant f Stratifications et Triangulations I f ∈ C ∞ (E , F ), I φ : E → |E | et ψ : F → |F |, des homéomorphismes I r1 et r2 des réalisations, I cf : cE → cF une application entre objets combinatoires de réalisations topologiquement simples. 25/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Définition (Triangulation de l’espace E ) Une triangulation, TE , telle que |TE | est homéomorphe à E . Définition (Application de |TE | dans |TF |) Une application |g | : |TE | → |TF | telle que ∃g : TE → TF et ∀|σ|, simplexe de |TE |, |g |(|σ|) = |g (σ)| Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 26/42 E f -F Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique C∞ ∼0 ψ ? |cf | ? - |c | Objet topologique |cE | F φ r1 6 cE BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. 6 cf Algorithme applicable à la robotique r2 - c Objet combinatoire F exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Figure: Diagramme commutatif des objets caractérisant f Stratifications et Triangulations I f ∈ C ∞ (E , F ), I φ : E → |E | et ψ : F → |F |, des homéomorphismes I r1 et r2 des réalisations, I cf : cE → cF une application entre objets combinatoires de réalisations topologiquement simples. 27/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Définition (Équivalence topologique ∼0 ) Deux applications, f1 : E → F et f2 : X → Y , sont topologiquement conjuguées, noté f1 ∼0 f2 ssi il existe des homéomorphismes φ : E → X et ψ : F → Y tels que f1 = ψ −1 ◦ f2 ◦ φ Algorithme applicable à la robotique Définition (Triangulation de l’application f ∈ C ∞ (E , F )) exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations une application g : TE → TF telle que |g | ∼0 f Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 28/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Triangulations de fonctions géométriques BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Illustrations : fonctions géométriques de robots 3R Méthodologie : Algorithme applicable à la robotique – Soit f , une fonction géométrique de E dans F exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments – Isoler les composantes connexes délimitées par : - f (Sf ) dans F - f −1 (f (Sf )) dans E Stratifications et Triangulations – Définir une triangulation pour chaque composante connexe délimitée, afin de construire TE et TF , telles que l’on puisse définir Tf : TE → TF . Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 29/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Figure: f1 : T 2 → R2 : ”Un tore vu de dessus (ou de dessous)” Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 30/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Figure: f1 : T 2 → R2 : ”Un tore vu de dessus (ou de dessous)” r3 r2 a1 r1 a2 r2 a3 A1 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Liste des images des points (lien source-image) : --f(ai) = Ai --f(ri) = Ri R3 a1 R2 R1 A2 r2 r3 r1 r2 A3 30/42 r3 r2 a1 r1 a2 r3 r2 r2 a3 r1 A1 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. a1 Algorithme applicable à la robotique r2 exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Liste des images des points (lien source-image) : --f(ai) = Ai --f(ri) = Ri Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives R3 R2 R1 A2 A3 Figure: Triangulation de f1 31/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: f2 : T 2 → R2 32/42 a8 a7 a6 a1 a5 c4' b4'1' a4 b34' F3 c1' a3 c3 a34 b1'2 a23 a2 c4 F4 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Liste des images des points (lien source-image) : --f(ai) = Ai --f(F3)=f(F4)=f(F5)=f(F6)=I -- Pour tout i, j \in {1,2,3,4} : f(aij) = Aij f(ci) = f(ci') = Ci f(bij) = f(bi'j) = f(bij') = f(bi'j') =Aij BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique c2 b23 a1 F5 c3 A6 a1 a12 A5 b41 c1 A7 a8 A12 C2 a41 a34 b12' A4 c2' c4 A8 A41 A23 F6 b3'4 C1 I a7 C4 Stratifications et Triangulations C3 A34 a6 c3' A1 b2'3' a5 A3 A2 a1 a2 exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments a4 a3 Figure: Triangulation de f2 33/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: f3 : T 2 → R2 34/42 a6 a5 a11 b1'2 b2a4' a4 a8 F3 a1a2 a13 a2a3 a1a2a a8 a9 F4 n2a c3 F8 b1b2 a2 b11a a12 b2a4 a10 a7 F5 c1 a11b a6 F6 a11 F0 b3'4 a5 b2b3' b1b2' c2' a3 c3' a4 A5 A12 a13 A6 C1 A3 C2 I2 A7 A11b N1 A1a2 A8 A2 A1a2a A1b2b A9 A16 N2 A2b4 A2a3 a1 a1b2b Algorithme applicable à la robotique a12 a2 A1 a16 n2b b12' BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. b2b3 a15 a2b4 n1b a1b2b A4 a14 a34 F9 c4 a1 a1 b34' F7 a9 n1a c2 a3 c4' a10 a7 b1a1' Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique a12 F2 c1' a16 a15 a1 a14 exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Liste des images des points (lien source-image) : --f(ai) = Ai --f(F3)=f(F4)=f(F5)=f(F6)=I2 --f(F7)=f(F8)=f(F9)=f(F0)=I3 -- Pour tout élément i, j dans {1,2,3,4,1a,1b,2a,2b} : f(aij) = Aij f(ci) = f(ci') = Ci f(bij) = f(bi'j) = f(bij') = f(bi'j') =Aij Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives A10 I3 A11 C4 A15 C3 A34 A14 A12 A13 Figure: Triangulation de fr 3 35/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Conjecture Toute application générique, de X dans Y tels que dim(X ) = dim(Y ) = 2 est triangulable BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 36/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Conjecture Toute application générique, de X dans Y tels que dim(X ) = dim(Y ) = 2 est triangulable BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: Certaines fonctions géométriques présentent des mouvements internes. 36/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Mouvement internes et éclatements Remarque La fonction géométrique f est assimilable à un éclatement, au voisinage de ses mouvements internes. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Théorème Algorithme applicable à la robotique Il n’est pas possible de trianguler un éclatement. p d c b a exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments M m Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives O n ecl N Figure: Eclatement ecl et p : (x, y ) 7→ (x, xy ) 37/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Extension des triangulations : quatrilation BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. On propose d’ajouter un objet aux triangulation : le carré (4-uplet de symboles) Algorithme applicable à la robotique Définition (Quatrilation) Liste, Q, de n-uplets de symboles où n ∈ {1, 2, 3, 4} tels que ∀q ∈ Q, ∀q0 ⊂ q, tel que #q0 ≤ 2, q0 ∈ Q exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 38/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Réalisations et applications entre quatrilations Définition (Réalisation d’une quatrilation) La définition reste la même que pour une triangulation exepté qu’un 4-uplet est réalisé par un quadrilatère (plan) au lieu de l’être par un simplexe. Définition (Application entre quatrilations) BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Même définition que pour les triangulations Définition (Application entre réalisations de quatrilations) Stratifications et Triangulations Une application |g | : |Q1 | → |Q2 |, entre réalisations de quatrilations, se définit de la même manière que pour une application entre triangulations excepté dans le cas suivant : Soit |g ||σ1 : σ1 → σ2 où σ1 est un carré et σ2 est un triangle. Alors |g | ∼ p : (x, y ) 7→ (x, xy ) 39/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives Figure: f4 : T 2 → R2 40/42 a4 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique a1 a2 a3 a4 r"1 r"2 r"3 r"4 p2' l1a r"1 l1b F3 l1c l1d F4 l1a p2" Liste des images des points (lien source-image) : --f(ai) = A --f(F1)=f(F2)=E --f(F3)=f(F4)=f(F5)=f(F6)=I --f(ri) = f(ri') = f(ri") = Ri --f(l1a) = f(l1b) = f(l1c) = f(l1d) = f(p1') = f(p1") = P1 --f(l2a) = f(l2b) = f(l2c) = f(l2d) = f(p2') = f(p2") = P2 r4 r3 r1 r2 A4 R1 p1" l2a l2b F5 l2d l2c l2a F6 P1 p1' r'1 r'2 r'3 r'4 a2 I P2 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives r'1 A2 a1 Stratifications et Triangulations R4 R2 ai R3 A3 a3 a4 Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments A1 r3 BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. a1 Figure: Quatrilation de f4 41/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Conclusions et perspectives Conclusions - Possibilité de représenter les fonctions géométriques par des applications entre objets combinatoires. - Quatrilation : étend la notion de triangulation et permet de représenter un certain comportement non générique : les mouvements internes. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments - La classe des triangulations/quatrilations possibles constitue un invariant topologique d’une fonction lisse. Stratifications et Triangulations Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives 42/42 Objets combinatoires et invariants de fonctions lisses. Applications à la robotique Conclusions et perspectives Conclusions - Possibilité de représenter les fonctions géométriques par des applications entre objets combinatoires. - Quatrilation : étend la notion de triangulation et permet de représenter un certain comportement non générique : les mouvements internes. BENOIT R., DELANOUE N., LAGRANGE S., WENGER P. Algorithme applicable à la robotique exemple : Robot manipulateur 3R Algorithme adapté à la robotique Illustration graphique Conclusions et compléments - La classe des triangulations/quatrilations possibles constitue un invariant topologique d’une fonction lisse. Perspectives Stratifications et Triangulations - Automatiser la construction des triangulations (Implémenter la méthode de construction présentée) - Construire les triangulations de façon garantie - Canonicité des objets/statut d’invariant (Si la méthode de construction n’implique pas de choix explicite) 42/42 Limites du contour apparent Stratifications Triangulations Triangulations de fonctions géométriques Extension des triangulations : quatrilation Conclusions et perspectives