Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Gestion des déplacements
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3. Cinématique et mobilité des robots à roues
Les robots de type unicycle ou de type voiture étant non holonomes, ils ne peuvent se déplacer latéralement. Une plate-forme dont toutes les roues sont directrices (roues à chasse nulle) peut se déplacer latéralement, mais seulement après réorientation de ses roues à 90° Celle-ci est dite omnidirectionnelle mais reste en géneral non holonome. Il existe cependant quelques architectures de plate-formes omnidirectionnelles qui sont aussi holonomes.
3.1 Les robots omnidirectionnels
-
Plate-forme holonome à roues conventionnelles
Dans un environnement très contraint, il est nécessaire d’avoir un système omnidirectionnel afin d’éviter de faire des manœuvres complexes qui sont parfois très difficiles à générer automatiquement. Si en plus on cherche à avoir des réponses rapides et une forte réactivité, on peut être amené à opter vers des systèmes dits holonomes et omnidirectionnels, c’est-à-dire qui ont unemobilité pleine de 3 (voir section 3.2) et non contrainte. L’exemple populaire du fauteuil de bureau avec ses roues folles illustre cette mobilité car la base n’a pas de contrainte sur ces deux translations longitudinale et latérale, ni sur sa rotation verticale.
Si l’on considère un système à plusieurs roues directrices actives mais décentrées, c’est-à-dire dont les axes de direction et de rotation sont décalés d’une distance e suivant la direction longitudinale des roues (figure 7), les équations cinématiques pour la nème chaîne projetées sur les vecteurs de la plate-forme s’écrivent :
![]()
où ai, bi sont les coordonnées du point d’attache de la n ème roue dans la base du robot, et βi est l’angle de la roue par rapport à l’axe du véhicule. D’après cette relation qui permet d’identifier les matrices de locomotion G i et Jacobienne J i , on peut montrer aisément que J i est inversible si e ≠ 0 et que dans ce cas il n’a pas de relation de contrainte entre les trois...
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Cinématique et mobilité des robots à roues
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GARCIA (E.), ESTREMERA (J.), GONZALES DE SANTOS (P.) - A comparative study of stability margins for walking machines. - Robotica, 20: 595-606, 2002.
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(3) - GRAND (C.), BEN AMAR (F.), PLUMET (F.), BIDAUD (P.) - Stability and traction optimization of a wheel-legged robot. - International Journal of Robotics Research, 23(10-1):1041–1058, 2004.
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(5) - ALEXANDER (R.M.) - Principles of animal locomotion. - Princeton Univeristy Press, 2002.
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(6) - GABRIELLI (G.), VON KÁRMÁN (T.) - What...
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