Philippe Martinet IFMA – LASMEA Clermont-Ferrand, France

1. ETAS LAAS Cemagref/LASMEA/LaMI LRP R2M : Rover Multi-Modes pour une haute mobilité sur terrain accidenté http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/R2M/index.html Philippe Martinet IFMA – LASMEA Clermont-Ferrand, France FR TIMS/CNRS 2856 : Technologies de l’Information, de la Mobilité et de la Sûreté Philippe.Martinet@lasmea.univ-bpclermont.fr http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/Control

2. Introduction Mini-vecteurs terrestres rapides et à fortes capacités de franchissement • Système de locomotion multi-modes • Système de perception locale intégrée • Léger, rapide et déployable • Objectifs • Démontrer les capacités intrinsèques de franchissement d’un système à haute mobilité • Démontrer l’apport des boucles de perception « augmentée » pour l’adaptation du mode de locomotion

3. Introduction Introduction Haute Mobilité Mobilité Accrue • Roulement pur  • Roulement avec reconfiguration  • Péristaltisme • Roulement avec franchissement  • Faible Pente • Glissements  • Patinage • … Besoin sociétal et applicatif

4. Introduction Cahier des charges • Plate-forme de volume < 10dm3 et de masse < 30kg • Vitesse sur route: 10km/h • Franchissement • pentes de 45 degrés • marches de 20 cm • trous 0.5 fois la longueur du robot • Autonomie: 1 heure sur route Evaluation finale sur un site simulé à l’ETAS • Dévers • Eboulis • Escaliers • Etc… Projet 2003 - Durée 2ans

5. Plan de la présentation Approches envisagées • Stratégie de commande • Perception locale augmentée Perspectives • Etat des travaux • Tâches restantes • Planning Premiers résultats • Démonstrateur • Modélisation • Commande et modes • Perception locale augmentée • Monitoring Indicateurs

6. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs 4 lots de travaux

7. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs 4 lots de travaux Estimation de la difficulté du terrain en confrontant un modèle du châssis au modèle du terrain Classification de terrain. Discrétisation, et résultats de classification dans le cas de deux classes plan/obstacles Analyse de texture

8. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Démonstrateur : cinématique Hylos 1 Hylos 2 • Structure hybride roue-patte à 16 ddl • patte pantographique à 2 ddl (pivot à axes parallèles) • roue motrice et directrice masse 15kg, longueur 70cm

9. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Moteur brushless maxon x4 Démonstrateur : architecture Wireless TCP/IP802.11b (11MBits/S Laptop de supervision PC104 (Celeron 300)contrôle des modes x4 Unité de Perception Locale Augmentée (PC embarqué) C.N.A. IEEE 1394 RS 232 ou USB Stéréo vision Micropix C1024 RS 232 x1 Bus CAN (1 Mbits/S) C.N.A. GPS IMU (posture) C.N.A. MPC555 Capteurs d’efforts x4 Hacheur + moteur CC Interface de commande :en position, vitesse, couple x12

10. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Modes de locomotion Mode 1 : roulement pur Mode 2 : roulement avec reconfiguration Programmation des pattes en admittance Mode 3 : mouvement péristaltique Mode 4 : franchissement de discontinuité

11. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs t ( ) » µ x y = t l l l l ¶ » i i i 3 6 ; ; t t à Á p p o o u u r r a a p o o c s a e c s a a r e o s n e n n e t t ( ) » à z ' e e e e = 1 2 3 4 l’angle de roulis, l’angle de tangage, zg la garde au sol, ei le demi-empattement de chaque roue. p g ; ; ; ; ; ; l l b l ¶ » i i i 4 7 t t t p p o o u u r r e a s p m o s o u r e e s n e r n e s p T f d l l f L t L J e a p a e o r m e _ g + = v q v = p s T f h J + ¿ = Modélisation : plateforme Indice de mobilité m=10 Equations cinématiques Equations cinémato-statiques Principe des travaux virtuels f : vecteur des efforts au contact L : matrice de locomotion J : matrice jacobienne du robot Efforts généralisés dus à la pesanteur g pour les paramètres de la palteforme h pour les paramètres articulaires Vp : vitesses opérationnelles q : articulations Vs : vitesses de glissements f : vecteur des efforts de contact L : matrice de locomotion J : matrice jacobienne du robot g,h : Efforts généralisés dus à la pesanteur

12. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Modélisation : interaction roue-sol Efforts de contact dans le plan vertical relation enfoncement / effort Résistance au roulement Enfoncement Efforts de contact dans le plan tangentiel relation effort / glissement Évaluation des performances de locomotion

13. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs _ _ ( ) Y £ p p ; _ _ ( ) Y £ p p ; robot Consigne Commande Modèle étendu Modèle cinématique sans glissements Paramètres de glissement ou Commande du mode 1 : roulement pur Suivi de trajectoire en présence de glissements : 2 modèles évalués Tire Oriented Model - TOM Vehicle Oriented Model - VOM Vecteur vitesse théorique (RWS) Translation Rotation Vecteur vitesse réelle Commande à modèle interne

14. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Commande du mode 2 : roulement avec reconfiguration Sans contrôle de posture Avec contrôle de posture Schéma de la commande cinématique de posture et de suivi de trajectoire

15. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Mode 4 : franchissement de discontinuités Vers une commande en compliance des pattes pour le franchissement de grandes discontinuités

16. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Perception locale augmentée : Analyse de la texture perçue • Déterminer le type de sol pour adapter les lois de commande du robot 10m x 10m

17. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Perception locale augmentée : Analyse de la texture perçue • Difficulté d’analyse en raison de la perspective : • Peu ou pas de travaux dans le domaine car la texture dépend de la perspective (impossibilité d’identifier) • Calcul de paramètres statistiques sur les imagettes et comparaison à une base apprise dans les « mêmes » conditions de perspective : • Matrices de cooccurrences généralisées (couleur) • Classification supervisée hiérarchisée (AFD) AFD : Analyse Factorielle Discriminante

18. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs Perception locale augmentée : Analyse de la texture perçue • Premiers résultats : 100% pour les types de sols et 97 % pour les sous types • Perspectives : Résultats à confirmer en situation réelle

19. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs probabilité que le mode soit le mieux adapté Monitoring Sélection en ligne des modes de locomotion Diagramme Etat/transition probabiliste observations jusqu’à t probabilités de transition (surveillance par moniteurs) information a priori (classification du terrain)

20. Approches envisagées Premiers résultats Perspectives Indicateurs θ η Evaluation des modes : en fonction des paramètres géométrico-physiques du sol Configuration sur pente : (q, h) Avantage du mode 2 : la reconfiguration Marge de stabilité critique Avantage du mode 3 : la résistance au roulement En fonction d’un type de terrain et pour un glissement limite admissible Ie 20%, traduire l’efficacité de la traction, C’est-à-dire hmax par rapport aux glissements limites Gradabilité (franchissement de pente) Consommation énergétique Efficacité de la traction : hmax par rapport aux glissements limites

21. Approches envisagées Premiersrésultats Perspectives Indicateurs Perception de l'environnement Réalisé Reconstruction terrain Reconnaissance sol Partiellement réalisé Prototype Modèle de terrain enrichi Développement mécanique Supervision Commande unitaire des modes Sélection des modes Estimation de l'état Monitoring Etat des travaux

22. Approches envisagées Premiersrésultats Perspectives Indicateurs Tâches restantes par thèmes Nature de la tâche Délai prévisionnel Modèle de terrain enrichi Fusion bayésienne Juin 2005 Sélection des modes A développer Juin 2005 Commande unitaire des modes Franchissement Juin 2005 Péristaltisme Juin 2005 Reconfig. dynamique Juin 2005 Développement mécanique Fabrication / assemblage Septembre 2005 Intégration capteurs Septembre 2005

23. Approches envisagées Premiersrésultats Perspectives Indicateurs Planning récapitulatif (année 2005)

24. Approches envisagées Premiersrésultats Perspectives Indicateurs Equipement Fonctionnement Total LAAS 10 23 33 LASMEA / CEMAGREF 15 23 38 LRP 42 23 65 Total Robea 67 69 136 Budget accordé ROBEA

25. Approches envisagées Premiersrésultats Perspectives Indicateurs Merci de votre attention Questions/Remarques