Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article aborde les aspects essentiels qui sont nécessaires à la mise en œuvre des robots mobiles terrestres et notamment des robots à roues. Il présente les concepts généraux pour la conception et le choix d’architectures matérielles des systèmes locomoteurs. Il décrit également les principes de la modélisation cinématique et dynamique de ces systèmes qui permettent d’analyser et de qualifier leur niveau de mobilité et le type de trajectoire réalisable. Les techniques classiques pour la commande en boucle fermée de leurs déplacements et pour l’estimation de leurs paramètres d’état sont également présentées.
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This article presents the main conditions for the development of mobile robots, especially wheeled ones. The general concepts for the design and choice of hardware architectures for the locomotion systems are presented. The principles of kinematic and dynamic modeling of these systems are developed, and an analysis of their level of mobility and of the admissible family of paths is then proposed. The classical approaches of closed-loop motion control and state estimation are also described.
Auteur(s)
-
Faïz BenAmar : Professeur, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, ISIR, CNRS UMR 7222, Paris, France
-
Christophe GRAND : Ingénieur de recherche, ONERA, Toulouse, France
INTRODUCTION
Au delà des applications industrielles classiques, les robots sont de plus en plus présents dans notre quotidien avec des grands domaines d’application tels que la médecine, l’agriculture, la sécurité ou l’assistance à domicile. Ces robots sont également de plus en plus mobiles, capables d’évoluer aussi bien dans des milieux aériens ou maritimes que terrestres. La robotique mobile terrestre occupe une place historique importante et notamment les robots mobiles à roues qui empruntent un mode de locomotion par roulement particulièrement efficace. Ces robots sont déjà utilisés dans le domaine industriel comme la logistique, en agriculture avec l’automatisation des tracteurs, dans le spatial et l’exploration planétaire, dans des tâches de sécurité telles que la surveillance de zone, ou encore pour des missions de recherche et de secours de victimes en cas de catastrophe naturelle ou industrielle. Ils ont également pris place depuis quelques années dans nos domiciles avec les robots aspirateurs ou tondeuses autonomes et plus récemment les robots de téléprésence. Et ils seront amenés à réaliser de plus en plus de tâches de manière autonome et le plus souvent en coopération avec d’autres robots ou des humains.
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MOTS-CLÉS
Commande conception robot mobile cinématique mobilité stabilisation de trajectoire suivi de chemin
KEYWORDS
Control | design | mobile robot | kinematics | mobility | trajectory control | path tracking
DOI (Digital Object Identifier)
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Cinématique et mobilité des robots à roues2. Forme générale des modèles en robotique mobile
La modélisation est un élément important en robotique. Outre l’optimisation de la conception, il permet surtout d’élaborer un modèle de commande du robot. La modélisation physique reste dominante en ingénierie mécanique et électronique, mais d’autres approches encore au stade de la recherche comme l’apprentissage par des réseaux de neurones sont des alternatives émergentes .
Un robot est un système multicorps en chaîne cinématique composé de solides supposés en général rigides. Les robots terrestres ont des liaisons par contact avec frottement avec le sol sur lequel ils se déplacent. L’adhérence au sol est importante pour pouvoir créer la traction et changer la direction de mouvement.
L’hypothèse de roulement sans glissement aux différents contacts avec le sol est une hypothèse quasi-incontournable pour le développement de modèles de robots qui roulent ou qui marchent sur des sols ayant de bonnes propriétés d’adhérence. Dans le cas où il y a des glissements, outre le fait que ce phénomène est à éviter car il augmente l’usure des roues, le problème de commande devient très difficile à cause des non-linéarités dans les forces de frottement lors des glissements. Cette hypothèse de non-glissement donne lieu à des contraintes dites non holonomes, c’est-à-dire qui dépendent des vitesses et ne sont pas intégrables, et donc ne peuvent être décrites par une équation algébrique reliant les paramètres géométriques.
2.1 Modélisation cinématique
Un modèle cinématique en robotique représente la relation entre les vitesses articulaires actives et les vitesses opérationnelles. Ces dernières représentent en général les vitesses linéaire et angulaire du corps de référence, dit plate-forme. Qu’il s’agisse d’un robot à pattes ou d’un robot à roues, les équations cinématiques s’obtiennent à partir des conditions sur la vitesse de glissement
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - GABRIELLI (G.), VON KÁRMÁN (T.) - What...
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