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Contribution à l’évitement d’occultation

La réalisation de tâches référencée vision corke96 hutchinson96 chaumette02 chaumette06 suppose que les indices visuels nécessaires sont disponibles et visibles à tout instant: ils ne doivent donc jamais être occultés ni perdus. La plupart des travaux s’intéressant à la gestion des occultations ou la visibilité du motif visuel ont été menés dans le cadre de la robotique de manipulation wunsch97 marchand98 mezouar02 comport04. Toutefois, pour les applications de robotique de manipulation le nombre de degrés de liberté (ddl) est généralement élevé (souvent plus de quatre) permettant ainsi, du fait de la redondance, de gérer plus facilement les problèmes de visibilité. Nos travaux s’inscrivant dans le domaine de la robotique mobile, il s’agissait d’élaborer des stratégies de commande référencées multi-capteurs permettant à un robot mobile d’effectuer des tâches de navigation évoluées dans un environnement encombré d’obstacles. Les premiers résultats obtenus ont montré que le problème de la réalisation de tâches aussi complexes ne pouvait être abordé globalement, du fait du nombre de degrés de liberté restreint (uniquement trois ddl dans notre cas). Il est alors nécessaire de traiter le problème en divisant la tâche à exécuter en tâches élémentaires simples. Ces tâches doivent être ensuite enchaînées pour effectuer l’objectif de navigation initial.

Le Super Scout

Fig.1: La plateforme robotique.

Évitement simultané d’occultations et de collisions

Sur la base de mes précédents travaux folio03 folio04, j’ai proposé une première stratégie de commande folio05ecmr basée sur la synthèse de deux correcteurs, l’un assurant la tâche de navigation grâce à un asservissement visuel, l’autre permettant de gérer à la fois les problèmes d’occultation et de collision. Le premier correcteur, synthétisé sur la base du formalisme des fonctions de tâches, permet de réaliser la tâche référencée vision nominale en l’absence de contrainte. Le second correcteur permet de gérer les occultations tout en minimisant le risque de collision. La synthèse de ce correcteur repose sur le formalisme des tâches redondantes. Dans cette approche, les occultations sont gérées par le biais d’une fonction de tâche redondante prioritaire, l’évitement d’obstacles apparaissant alors comme une tâche secondaire réalisée au mieux avec les degrés de liberté laissés libres par la tâche principale. La synthèse de la loi de commande globale est alors basée sur le lissage du basculement entre les deux correcteurs à l’aide d’une combinaison convexe dépendant des risques de collisions et d’occultation. Toutefois, dans cette première approche, l’évitement d’obstacles n’est réalisé qu’au mieux, et la non collision ne peut être théoriquement garantie.

Évitement de collisions et d’occultations

Nous avons donc étendu cette méthode folio05edsys folio05ecms folio05ecc pour améliorer la gestion des occultations et des collisions. Le principe est similaire à la méthode précédemment décrite, l’asservissement visuel est toujours défini de la même manière grâce au formalisme des fonctions de tâches. En revanche, la tâche d’évitement d’occultation, bien que toujours déterminée à partir du formalisme des tâches redondantes, n’intègre plus de composante dédiée à la non collision. Ainsi, si la tâche redondante à réaliser en priorité est toujours conçue pour garantir la visibilité des indices visuels, la tâche secondaire est maintenant définie de façon à continuer à converger vers le motif de référence. L’originalité de cette approche consiste donc à synthétiser un troisième correcteur permettant d’assurer la non collision, tout en gérant les occultations au mieux. Encore une fois, nous nous sommes ici appuyés sur le formalisme des tâches redondantes. Nous avons ainsi défini la tâche redondante à effectuer en priorité pour garantir la non collision et la tâche secondaire de manière à minimiser les problèmes d’occultations. La stratégie globale de commande consiste alors à choisir le correcteur à appliquer au robot en fonction des risques d’occultation et de collision évalués à partir des données visuelles et ultrasoniques. Le basculement entre les différents correcteurs est encore une fois lissé par une combinaison convexe dépendant de ces derniers. Les méthodes proposées ont dans un premier temps été validées en simulation folio05ecc. J’ai ensuite porté la seconde approche sur les robots Super Scout (voir figure 1) pour les valider expérimentalement folio06robio. Cet article a d’ailleurs été finaliste du prix T.J. Tarn “Best Paper in Robotics”.

Ci-dessous vous pouvez visualiser une vidéo illustrant la stratégie de commande développer sur le robot Super Scout II.


Références

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  D. Folio and V. Cadenat. "A redundancy-based scheme to perform safe vision-based tasks amidst obstacles". IEEE/RSJ International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO'06). Kunming, Yunnan, Chine. December 2006. Finalist to the T.J. Tarn best paper in Robotics
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  G. Hirzinger and P. Wunsch. "Real-Time visual tracking of 3D objects with dynamic handling of occlusion". IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA'97), Vol. 4 : p. 2868–2873. Albuberque, Mexico. April 1997.

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