182 research outputs found
Dataset and related MATLAB scripts for the IEEE ICRA 2021 paper "Predicting the Post-Impact Velocity of a Robotic Arm via Rigid Multibody Models: an Experimental Study"
No full textThis dataset contains impact data (recording of joint displacement encoders), together with related MATLAB scripts for visualization and post-processing, for several impact experiments performed on a KUKA IV+ collaborative robot colliding a wooden table with a spherical metallic end-effector. The dataset is associated to the "Predicting the Post-Impact Velocity of a Robotic Arm via Rigid Multibody Models: an Experimental Study" by Ilias Aouaj, Vincent Padois, and Alessandro Saccon, accepted to ICRA 2021
Commande prédictive de robots collaboratifs dans des contextes dynamiques
No full textLa robotique collaborative implique l'adaptation des robots industriels aux espaces de travail partagés avec les humains, les rendant plus petits et plus maniables. Cependant, cela implique de redéfinir les exigences pour les contrôleurs de robots : non seulement ils doivent prioriser la sécurité, mais ils doivent également devenir plus intelligents afin de s'adapter à des environnements dynamiques où les objets sont constamment en mouvement et les conditions changent continuellement alors que les gens accomplissent leurs tâches.Cette thèse contribue en employant la commande prédictive (ou MPC pour son acronyme en anglais) pour permettre au robot de moduler dynamiquement ses opérations de manière réactive, permettant, par exemple, des comportements conscients de l'humain qui priorisent la sécurité. L'approche MPC linéaire proposée se concentre sur le contrôle de la position et de l'orientation en s'appuyant sur un formalisme mathématique qui a été décrit dans un article de conférence. L'architecture de contrôle, qui a été formalisée et démontrée, sert de cadre général capable d'intégrer potentiellement des solutions pour l'évitement d'obstacles, l'incorporation de contraintes de mouvement humain, et la définition de tâches plus complexes au-delà de simples mouvements de point à point dans l'espace.Grâce à la re-planification en temps réel à haute fréquence, le travail présenté démontre la capacité du robot à être très réactif face à des tâches et des environnements changeants. Enfin, une contribution supplémentaire de cette thèse explore la question de l'exploitation des pleines capacités potentielles du robot. Contrairement à l'état actuel de l'art, qui se base sur des limites cartésiennes simplifiées pour la planification de trajectoires, cette recherche propose d'exploiter les véritables capacités des actionneurs en projetant les capacités de l'espace des articulations sur l'espace de travail opérationnel. Ceci peut à terme être incorporé dans l'architecture MPC proposée pour permettre une re-planification rapide qui tient compte simultanément des contraintes de l'espace de travail définies par l'utilisateur et des véritables capacités du robot.Collaborative robotics entails the adaptation of industrial robots to shared workspaces with humans, making them smaller and more manageable. However, this implies redefining the requirements for robot controllers: Not only do they need to prioritize safety, but they also need to become more intelligent in order to adapt to dynamic environments where objects are constantly in motion and conditions are continuously changing while people perform their tasks.This thesis makes a contribution by employing Model Predictive Control (MPC) to empower the robot to dynamically modulate its operations in a reactive manner, enabling, for example, humanaware behaviors that prioritize safety. The proposed linear MPC approach focuses on position and orientation control leveraging a mathematical formalism that was described in a conference paper. The control architecture, which has been formalized and demonstrated, serves as a general framework capable of potentially integrating solutions for obstacle avoidance, incorporating human movement constraints, and defining more complex tasks beyond simple point-to-point movements in space.Through real-time high-frequency re-planning, the showcased work demonstrates the robot’s ability to be highly responsive to changing tasks and environments. Lastly, an additional contribution of this thesis explores the question of leveraging the robot’s full potential capabilities. Unlike the current state of the art, which relies on simplified Cartesian limits for trajectory planning, this research proposes harnessing the actual actuator capabilities by projecting the joint-space capacities onto the operational workspace. This in term can be incorporated into the proposed MPC architecture to allow rapid re-planning that simultaneously accounts for user-defined workspace constraints and the robot’s true capacities
Teleoperation for the remote expression of technical gestures : application to formulation in chemistry
No full textLa téléopération permet d’envisager la mise à distance d’un humain expert de la tâche à réaliser. Cette mise à distance est souvent garante d’une plus grande sécurité, d’un plus grand confort ou tout simplement de faisabilité pour les milieux dangereux. Toutefois, elle peut être également synonyme de perte d’efficacité, ou d’ajout de complexité. Éviter ces écueils implique de s'interroger sur 1) ce qui constitue l'expertise d'un opérateur pour une tâche donnée, 2) les contraintes rencontrées pour sa réalisation, et 3) la forme d’un système de téléopération qui lui est adapté. Un exemple de tâche pouvant bénéficier de la téléopération est la tâche de recherche de solvants pour les composés chimiques, qui est l'un des domaines d'expertise de l'entreprise Syensqo. Il s'agit de caractériser la solubilité d'un soluté dans un ensemble de solvants, afin de déterminer un solvant optimal pour ce soluté. Cette tâche, basée sur une expertise visuelle, cognitive et manuelle, est exécutée par un petit nombre de techniciens experts. L'exécution de cette tâche repose sur un processus empirique, fastidieux et parfois dangereux, motivant la mise à distance des techniciens du milieu expérimental grâce à une assistance robotisée. En utilisant cette tâche comme cas d’application, cette thèse s’attache à répondre aux questions suivantes : d’une part, comment conserver l’expertise d’un opérateur lors de la réalisation d’une tâche au travers d’un système téléopéré ? Et d’autre part, comment évaluer la pertinence d’une solution de téléopération pour la réalisation d’une tâche experte? Pour répondre à ces questions, un travail bibliographique à large spectre est mené et deux études expérimentales sont conduites. Dans celles-ci, la pertinence de modalités de réalisation de la tâche à distance est analysée par rapport au mode de réalisation manuel. Afin de permettre la réalisation de ces études dans des conditions sécurisées, les modalités proposées sont testées sur une tâche de lecture. Les textes à lire sont inscrits sur des capsules, placées dans des fioles portées par un robot commandé par l’utilisateur. L’utilisateur, à distance, observe ces fioles via une caméra. Dans la première étude, la commande de l’utilisateur se limite à une modification en temps réel du profil temporel (vitesse, sens de parcours) du robot sur un ensemble de chemins cartésiens pré-déterminés. Différents types de modulations (sur le retour visuel, ou sur la trajectoire du robot) sont évalués. Les résultats issus de cette expérimentation montrent que ces modalités permettent de réaliser la tâche, mais entraînent une dégradation de la performance disqualifiant leur applicabilité. Cette dégradation est notamment due au manque de richesse des interactions proposées. Pour la deuxième étude, un robot permettant d’obtenir une amplitude de mouvements similaire à celle observée chez les techniciens, et des interfaces intuitives permettant de définir en temps-réel le mouvement désiré pour la fiole sont conçus. L’étude met en évidence que le contrôle du robot au travers de ces interfaces ne permet pas d’atteindre une efficacité similaire à celle du mode de réalisation manuel. Les performances obtenues sont cependant encourageantes, et l‘étude menée permet d’identifier plusieurs pistes d’amélioration pour le déport efficace et fiable du geste technique en chimie. Finalement, au delà du cadre applicatif considéré, ce travail établit une méthodologie complète d’évaluation de la performance de modalités de téléopération.Teleoperation enables a task to be carried out remotely by a human expert. This remote control is often a guarantee of greater safety and comfort, or simply of feasibility in hazardous environments. However, it can also mean a loss of efficiency, or added complexity. To avoid these pitfalls, it is necessary to consider 1) what constitutes an operator's expertise for a given task, 2) the constraints encountered in carrying it out, and 3) the form of a teleoperation system adapted to it. An example of a task that could benefit from teleoperation is the task of finding solvents for chemical compounds, which is one of Syensqo's areas of expertise. This involves characterizing the solubility of a solute in a set of solvents, in order to determine the optimum solvent for that solute. This task, based on visual, cognitive and manual expertise, is performed by a small number of expert technicians. Performing this task relies on an empirical, tedious and sometimes dangerous process, motivating the distancing of technicians from the experimental environment through robotic assistance. Using this task as a case study, this thesis aims to answer the following questions: on the one hand, how can an operator's expertise be preserved when performing a task using a teleoperated system? And on the other hand, how can the suitability of a teleoperation solution for performing an expert task be assessed ?To answer these questions, a broad-spectrum literature review was carried out and two experimental studies were conducted. In these, the relevance of remote task performance modalities was analyzed in relation to the manual mode. To enable these studies to be carried out under secure conditions, the proposed modalities were tested on a reading task. The texts read are inscribed on capsules, placed in vials carried by a robot controlled by the user. The user observes the vials remotely via a camera. In the first study, user control is limited to real-time modification of the robot's temporal profile (speed, direction of travel) along a set of pre-determined Cartesian paths. Different types of modulation (on visual feedback, or on the robot's trajectory) are evaluated. The results of this experiment show that these modalities enable the task to be carried out, but lead to a degradation in performance that disqualifies their applicability. This degradation is due to the lack of richness in the proposed interactions. In the second study, a robot was designed to achieve a range of motion similar to that observed in technicians, and intuitive interfaces were used to define the desired movement of the vial in real time. The study shows that controlling the robot via these interfaces does not achieve an efficiency similar to that of the manual mode. However, the performance achieved is encouraging, and the study identifies several avenues of improvement for the efficient and reliable deporting of the technical gesture in chemistry. Finally, beyond the application framework, this work establishes a comprehensive methodology for evaluating the performance of teleoperation modalities
Une vue couplée des capacités physiques de la dyade humain-robot pour l'évaluation quantitative en ligne des besoins d'assistance
No full textCette thèse repose sur une vision de l’avenir où la robotique et l’industrie sont centrées autour des humains, mettant l’accent sur la collaboration entre les humains et les robots plutôt que sur une stricte automatisation. Dans ce futur collaboratif, les robots servent de collaborateurs actifs, coexistant étroitement avec les humains et participant à des interactions physiques pour exécuter des tâches. De tels systèmes symbiotiques exploitent les capacités uniques des humains et des robots, améliorant l’efficacité et donnant la priorité à la sécurité et au bien-être des humains grâce à une assistance robotique personnalisée. La réalisation de cette vision nécessite la capacité de quantifier les diverses capacités des humains et des robots dans une façon unifiée, ainsi que leurs capacités conjointes lors de la collaboration. De plus, cela nécessite la capacité de mesurer l’assistance requise par les opérateurs afin de garantir leur sécurité et leur bien-être. Par conséquent, cette thèse préconise l’utilisation de mesures de capacité physique, en particulier de leurs représentations par des polytopes, pour répondre à ces questions. Les polytopes sont particulièrement adaptées aux scénarios de collaboration, car les différents outils efficaces de l’algèbre permettent de réaliser des opérations sur les polytopes (telles que la somme de Minkowski, l’intersection et l’union) et de caractériser les capacités physiques de plusieurs robots et humains sous forme de polytopes. Cette thèse propose une vue structurée des polytopes de capacité physique communs pour les humains et les robots, ainsi qu’un aperçu des méthodes d’évaluation applicables. Deux nouveaux algorithmes d’évaluation de polytopes sont proposés, particulièrement adaptés à l’évaluation des polytopes de force (wrench) des manipulateurs robotiques et des humains basés sur des modèles musculosquelettiques. Ces algorithmes réduisent considérablement la complexité des méthodes de l’état de l’art et permettent des applications en temps réel. Ensuite, la thèse explore l’utilisation des polytopes comme source d’informations en temps réel sur les capacités physiques changeantes des humains et des robots et leur potentiel pour améliorer différents aspects de la collaboration homme-robot. Dans le contexte de la collaboration physique homme-robot, la thèse présente l’utilisation des informations en temps réel sur les capacités changeantes des humains et des robots pour créer des stratégies de contrôle de robot adaptables. Les stratégies développées sont validées expérimentalement dans le cadre du transport collaboratif d’objets. De plus, la thèse explore la visualisation des polytopes de capacité physique comme source d’information en temps réel pour les opérateurs. Elle introduit une nouvelle formulation de polytope, l’espace atteignable dans un horizon temporel, qui offre des informations intuitives sur l’état actuel d’un robot et ses capacités physiques. De plus, une nouvelle approche de planification de trajectoire basée sur les polytopes dans l’espace cartésien est introduite. Cette approche exploite l’algèbre des polytopes pour évaluer efficacement la capacité de mouvement du robot dans la direction de la trajectoire et exploite la pleine capacité de mouvement du robot en mettant à jour la trajectoire planifiée en temps réel. Enfin, cette thèse présente le package ’pycapacity’, un logiciel efficace et intitif pour calculer les mesures de capacité physique des humains et des robots, ouvrant la voie à leur utilisation dans la communauté élargie.This thesis is based on vision of the future where robotics and industry are centred around humans, emphasising collaboration between humans and robots rather than mere automation. In this collaborative future, robots serve as active assistants, coexisting closely with humans and engaging in physical interactions to execute tasks. Such symbiotic systems leverage the unique abilities of both humans and robots, enhancing efficiency and prioritising human safety and well-being through personalised robotic assistance. Realising this vision requires being able to quantify the diverse abilities of humans and robots in a unified view, as well as their joint abilities when collaborating. Additionally, it requires being able to measure the assistance required by operators in order to ensure their safety and well-being. Therefore, this thesis advocates for the use of physical ability metrics, particularly their polytope representations, to address these questions. Polytope representations are particularly well suited for collaborative scenarios, as the different efficient tools from polytope algebra permit making operations over polytopes (such as Minkowski sum, intersection and unions) and characterising the physical abilities of multiple robots and humans in the polytope form as well. This thesis proposes a structured view on common physical ability polytopes for humans and robots along with an overview of their applicable evaluation methods. Two new polytope evaluation algorithms are proposed, particularly well suited for evaluating wrench polytopes of robotic manipulators and human’s based on the musculoskeletal models. The algorithms significantly reduce the complexity of the state of the art methods and enable real-time applications. The thesis then explores the use of polytopes as a source of real-time information about human’s and robot’s changing physical abilities and their potential to enhance different aspects of human-robot collaboration. In the context of human-robot physical collaboration, the thesis showcases the use of the real-time information about human’s and robot’s changing abilities for creating adaptable robot control strategies. The developed strategies are experimentally validated in the collaborative object carrying setting. Furthermore, the thesis explores the visualisation of physical ability polytopes as real-time feedback for operators. It introduces a novel polytope formulation, the reachable space within a time horizon, which offers intuitive insights into a robot’s current state and physical abilities. Additionally, a new polytope based Cartesian Space trajectory planning approach is introduced. This approach leverages the polytope algebra to efficiently evaluate the robot’s movement capacity in the trajectory direction and exploits the robot’s full movement capacity by updating the planned trajectory in real-time. Finally, this thesis presents the ’pycapacity’ package, an efficient and user-friendly framework for calculating physical ability metrics of humans and robots, opening doors to their use in the wider community
: Commande et conception de robots dans une optique orientée tâches et contraintes
No full textThe work presented in this dissertation is mostly concerned with the problem of controlling robots. While a large part of the scientific literature in Robotics is dedicated to this problem, there still exists a gap between what has been proposed using advanced control techniques and the majority of existing applications. Indeed, in simulation or in lab conditions, ad hoc environment and situations can be generated in order to simplify the control problem and only address one of its sub-parts. This can be necessary in the preliminary stages of research, when trying to address a challenging problem. However, the risk is to provide solutions which are intrinsically incompatible with real life constraints. These constraints often constitutestrong non-linearities which have to be accounted for to maintain the robot and its surrounding environment in proper working conditions. Nevertheless, these limits have often been dealt with as exceptions or secondary objectives. If these approaches make sense in cases where all motions can be pre-planned, they do not apply to situations where motions have to be generated in reaction to the environment. In that sense,there is still a need for advanced control techniques that intrinsically account for real world constraints. These constraints both lie in the actuation and configuration spaces of the robot but also in the tasks spaces, i.e. in spaces where the tasks assigned to the robot can be expressed in a straightforward way by the programmer or by the user through interactive programming. Thus, robotics control paradigms have toprovide the means to naturally express and optimally perform concurrent tasks while natively accounting for constraints in a computationally efficient way.In an attempt to tackle this general problem, the first research direction presented in this dissertation describes some work performed in constraints compatible, multi-tasks robot control. The proposed contribution in that domain leads to the formulation of the robotics control problem as a constrained optimisation one. This formulation provides the benefit of computing locally optimal solutions intrinsically compatible with the constraints. This is particularly suitable for applications in constrained and dynamic environments.While the first chapter advocates for the formulation of the reactive control problem as an optimisation one, the limits of reactive approaches are quite tangible when dealing with the constraints compatibility problem. Global optimality has to be tackled despite its complexity. This complexity reaches its climax with humanoid robots and the second contribution presented in this dissertation is centred on a review of optimisation-based control approaches for balanced humanoid behaviours.Control is the central focus of the presented work. Nonetheless, designing the right robot for a given application is also a very interesting and important research topic if one envisions less traditional use of robots with respect to standard manufacturing applications. Thus, the final contribution presented in this document is related to the performance based design and evaluation of robots with collaborative applicationsin mind
Enchaînements dynamiques de tâches pour des manipulateurs mobiles à roues
No full textLa nature des missions qui sont aujourd'hui envisagées en Robotique suppose de plus en plus un espace de travail étendu du robot. Cette extension va de pair avec la combinaison de moyens de manipulation et de moyens de locomotion et c'est la raison d'être des manipulateurs mobiles. Parmi ces systèmes, qui prennent des formes diverses, nous distinguons les manipulateurs mobiles à roues qui sont la combinaison d'une plateforme à roues et d'un bras manipulateur. Ce mémoire présente notre contribution à l'étude de leur commande coordonnée (le système est vu comme un tout) au niveau opérationnel et plus particulièrement en vue de missions complexes qui nécessitent l'enchaînement dynamique de tâches de natures différentes : suivi de trajectoire, contrˆole d'effort. En nous basant sur la forme générique des modèles cinématiques de ces systèmes, nous avons développé un modèle dynamique unifié, directement exploitable pour les techniques de commande à couple calculé. Afin de tenir compte des contraintes secondaires intrinsèques à tout système robotique mais aussi des contraintes imposées par l'environnement (obstacles par exemple), nous proposons une structure de commande qui permet l'intégration des lois de commande opérationnelle tout en assurant, notamment grâce à l'exploitation de la redondance du système, le respect des différentes contraintes. Cette structure gère l'enchaînement dynamique des tâches à réaliser et permet, qu'elles soient planifiées ou générés en temps réel, l'adaptation des consignes pour la gestion des incertitudes sur la connaissance de l'environnement mais aussi sur le déroulement de la mission. L'approche proposée a été validée en simulation et expérimentalement sur le robot H2Bis+GT6A de l'équipe RIA du LAAS. ABSTRACT : Nowadays, robotics missions induce large workspaces of the robots. This extension explains the growing usage of mobile manipulators which are systems combining a mobile platform and means of manipulation. Among those systems that can take various shapes, we distinguish wheeled mobile manipulators which are systems combining a wheeled mobile platform and a manipulator arm. This PhD thesis report presents our contribution to the coordinated control of this kind of system, at an operational level, within the framework of complex missions execution based on the dynamic sequencing of tasks whose natures are different : motion, force. Using generic kinematics models of these systems, we have developed a unified dynamic model which can be used for control purpose (computed torque). We also propose a structure allowing the integration of operational control laws and ensuring the respect of secondary constraints inherent to the system or induced by the environment (obstacles for example). This structure manages the tasks sequencing and permits the reactive adaptation of the desired trajectories (that are planned or generated in real time) in order to handle uncertainties. This approach was validated in simulation but also using robot H2Bis+GT6A of the LAAS laboratory in Toulouse
Enchaînements dynamiques de tâches pour des manipulateurs mobiles à roues
No full textNowadays, robotics missions induce large workspaces of the robots. This extension explains the growing usage of mobile manipulators which are systems combining a mobile platform and means of manipulation. Among those systems that can take various shapes, we distinguish wheeled mobile manipulators which are systems combining a wheeled mobile platform and a manipulator arm. This PhD thesis report presents our contribution to the coordinated control of this kind of system, at an operational level, within the framework of complex missions execution based on the dynamic sequencing of tasks whose natures are different : motion, force. Using generic kinematics models of these systems, we have developed a unified dynamic model which can be used for control purpose (computed torque). We also propose a structure allowing the integration of operational control laws and ensuring the respect of secondary constraints inherent to the system or induced by the environment (obstacles for example). This structure manages the tasks sequencing and permits the reactive adaptation of the desired trajectories (that are planned or generated in real time) in order to handle uncertainties. This approach was validated in simulation but also using robot H2Bis+GT6A of the LAAS laboratory in Toulouse.La nature des missions qui sont aujourd'hui envisagées en Robotique suppose de plus en plus un espace de travail étendu du robot. Cette extension va de pair avec la combinaison de moyens de manipulation et de moyens de locomotion et c'est la raison d'être des manipulateurs mobiles. Parmi ces systèmes, qui prennent des formes diverses, nous distinguons les manipulateurs mobiles à roues qui sont la combinaison d'une plateforme à roues et d'un bras manipulateur. Ce mémoire présente notre contribution à l'étude de leur commande coordonnée (le système est vu comme un tout) au niveau opérationnel et plus particulièrement en vue de missions complexes qui nécessitent l'enchaînement dynamique de tâches de natures différentes : suivi de trajectoire, contrôle d'effort. En nous basant sur la forme générique des modèles cinématiques de ces systèmes, nous avons développé un modèle dynamique unifié, directement exploitable pour les techniques de commande à couple calculé. Afin de tenir compte des contraintes secondaires intrinsèques à tout système robotique mais aussi des contraintes imposées par l'environnement (obstacles par exemple), nous proposons une structure de commande qui permet l'intégration des lois de commande opérationnelle tout en assurant, notamment grâce à l'exploitation de la redondance du système, le respect des différentes contraintes. Cette structure gère l'enchaînement dynamique des tâches à réaliser et permet, qu'elles soient planifiées ou générés en temps réel, l'adaptation des consignes pour la gestion des incertitudes sur la connaissance de l'environnement mais aussi sur le déroulement de la mission. L'approche proposée a été validée en simulation et expérimentalement sur le robot H2Bis+GT6A de l'équipe RIA du LAAS
A new algorithm for gravity compensation of a 3-UPU parallel manipulator
No full textThis paper presents a new approach for gravity compensation of a 3-UPU parallel manipulator. The conventional method of computing the effect of gravity force on the end-effector works properly for serial manipulators. However, employing Newton-Euler approach for the parallel robots is computationally expensive and it cannot satisfy the requirements in this work. In order to overcome this difficulty, the new algorithm based on Lagrengian method is proposed. This model is established based on total potential energy of the system as a scalar value and, the position of the end-effector. This paper presents this new algorithm which is more efficient in sense of computation and more proper for Real-Time purposes in parallel robots
Continuous tasks and constraints transitions for the control of robots
No full textLors du contrôle de robots, les variations fortes et soudaines dans les couples de commande doivent impérativement être évitées. En effet ces discontinuités peuvent entraîner, en plus des comportements imprévisibles du système, des dommages physiques, notamment au niveau des actionneurs. Pour la réalisation de tâches complexes, un robot à plusieurs degrés de liberté utilise généralement un système de commande multi-objectif avec lequel plusieurs tâches doivent être réalisées et plusieurs contraintes respectées. Le basculement entre ces différentes tâches ainsi que les contraintes causées par un environnemt dynamique et imprévisible sont les causes directes des variations fortes dans les couples de commande. Dans ce travail, les problèmes de transitions de priorités entre les différentes tâches ainsi que la variation des contraintes sont considérées avec pour objectif la des variations fortes dans les couples de commande. Deux contributions principales ont été réalisées.Premièrement, un nouveau contrôleur appelé "contrôle hiérarchique généralisé (GHC)" est implémenté sous forme d’optimisation quadratique pour gérer la priorité des transitions entre les tâches de poids différents. Le projecteur utilisé assure en plus de la continuité des transitions, la gestion de l’ajout et/ou de la suppression de tâches. Les couples de commande sont alors calculés en résolvant un problème d’optimisation prenant en compte en même temps la hiérarchie des tâches et les contraintes égalitaire et inégalitaires.Deuxièmement, nous avons développé une primitive de contrôle à base de Contrôle par Modèle Prédictif (CMP) afin de gérer l’existence des discontinuités des contraintes que doit respecter le robot, tel que le changement d’état des contacts ou l’évitement d'obstacles. Le contrôleur profite ainsi de la formulation prédictive en anticipant l'évolution des contraintes vis-à-vis des scénarios de commande et/ou de l'information des capteurs. Il permet de générer des nouvelles contraintes continues qui remplacent les anciennes contraintes discrètes dans le contrôleur réactif QP. Par conséquent, le taux de changement des couples articulaires est minimisé, comparé aux anciennes contraintes discrètes. Cette primitive de contrôle prédictive ne modifie pas directement les objectifs désirés des tâches mais les contraintes, ce qui permet de s’assurer que les changements de couple sont bien gérés dans les pires scénarios.L'efficacité de la stratégie de contrôle proposée est validée via des expériences en simulation avec le robot Kuka LWR 4+ et le robot humanoïde iCub. Les résultats montrent que l'approche développée peut réduire de manière significative la variation des couples articulaires pendant les changements de priorité des tâches ou sous contraintes discrètes.Large and sudden changes in the torques of the actuators of a robot are highly undesirable and should be avoided during robot control as they may result in unpredictable behaviours. Multi-objective control system for complex robots usually have to handle multiple prioritized tasks while satisfying constraints. Changes in tasks and/or constraints are inevitable for robots when adapting to the unstructured and dynamic environment, and they may lead to large sudden changes in torques. Within this work, the problem of task priority transitions and changing constraints is primarily considered to reduce large sudden changes in torques. This is achieved through two main contributions as follows. Firstly, based on quadratic programming (QP), a new controller called Generalized Hierarchical Control (GHC) is developed to deal with task priority transitions among arbitrary prioritized task. This projector can be used to achieve continuous task priority transitions, as well as insert or remove tasks among a set of tasks to be performed in an elegant way. The control input (e.g. joint torques) is computed by solving one quadratic programming problem, where generalized projectors are adopted to maintain a task hierarchy while satisfying equality and inequality constraints. Secondly, a predictive control primitive based on Model Predictive Control (MPC) is developed to handle presence of discontinuities in the constraints that the robot must satisfy, such as the breaking of contacts with the environment or the avoidance of an obstacle. The controller takes the advantages of predictive formulations to anticipate the evolutions of the constraints by means of control scenarios and/or sensor information, and thus generate new continuous constraints to replace the original discontinuous constraints in the QP reactive controller. As a result, the rate of change in joint torques is minimized compared with the original discontinuous constraints. This predictive control primitive does not directly modify the desired task objectives, but the constraints to ensure that the worst case of changes of torques is well-managed. The effectiveness of the proposed control framework is validated by a set of experiments in simulation on the Kuka LWR robot and the iCub humanoid robot. The results show that the proposed approach significantly decrease the rate of change in joint torques when task priorities switch or discontinuous constraints occur
Localisation de source acoustique en soufflerie anéchoïque par deux techniques d’antennerie : formation de voies et retournement temporel numérique
No full textBeamforming (BF) is a powerful technique to localise sound sources in a wind-tunnel, but theflow effects on the acoustic propagation should be taken into account. An experiment is carried outin an anechoic wind-tunnel in order to validate the BF treatment associated to flow corrections.The results show that the BF technique can estimate very accurately the position of the source. However, the experiments are limited by the low speed of the wind-tunnel. So, a numerical code solving the linearized Euler equations (EEL) is used to simulate different flow conditions. We show that the apparent position shifting of the source, due to the effects of the flow is roughly proportional to the product of the Mach number by the thickness of the uniform flow. Furthermore, we show that the corrections remain robust for a higher Mach number. Then we present a new method for localising a source in a wind-tunnel based on the time-reversal technique. We show that EEL are invariant under time-reversal in changing the direction of the flow velocity. The experimental signals obtained are time-reversed and the backpropagation is performed numerically. The results show that it is possible to localise the source position, without BF assumptions and without flow corrections. The ability of the method to localise an intermittent aeroacoustic source is highlighted.Le développement croissant des moyens de transport a engendré des nuisances sonores en zone urbaine et périurbaine. Pour pallier ce problème les industriels sont amenés à effectuer des études en vue de la réduction du bruit. La première étape de ce travail consiste à localiser les zones responsables de la production sonore. Le traitement d’antenne microphonique associé à la formation de voies (beamforming) est une méthode classique et robuste de localisation de sources sonores. Dans le cas de sources aéroacoustiques, cette technique d’imagerie peut être appliquée in situ, engendrant un coût important, ou en soufflerie anéchoïque. L’application de cette technique à des mesures en soufflerie permet ainsi de localiser des sources de bruits dans un écoulement, mais les effets de l’écoulement sur la propagation doivent être pris en compte pour une localisation optimale. Une expérience de localisation de source est mise en place dans la soufflerie anéchoïque Eole afin de valider le traitement par formation de voies associé aux corrections des effets de l’écoulement. Deux modèles correctifs distincts sont testés (modèle d’Amiet et modèle de Koop). Les résultats montrent que cette technique permet d’estimer très précisément la position de la source acoustique. De plus, nous montrons que les effets de l’écoulement sur la propagation sont bien indépendants de la longueur d’onde acoustique. Cependant, les moyens techniques limitent l’étude sur la localisation de source à de faibles vitesses, ainsi un code numérique résolvant les équations d’Euler linéarisées est utilisé afin de simuler des conditions d’écoulement plus diverses. Nous mettons en évidence que le décalage apparent de la position de la source, dû aux effets de convection et réfraction des ondes acoustiques, est approximativement proportionnel au produit du nombre de Mach par l’épaisseur d’écoulement uniforme. De plus, nous montrons que les deux corrections testées demeurent robustes même pour un nombre de Mach élevé. Dans une seconde partie nous présentons une méthode originale de localisation de source pour l’aéroacoustique s’appuyant sur une technique connue en acoustique, le retournement temporel. Contrairement à la formation de voies, cette méthode ne fait aucune hypothèse sur le rayonnement de la source et sur la distance source-antenne. Nous montrons que les équations d’Euler linéarisées autour d’un écoulement moyen sont invariantes par retournement temporel en changeant le sens de l’écoulement moyen. Puis une étude numérique des capacités d’un miroir à retournement temporel pour la localisation de source monopolaire ou dipolaire en soufflerie est réalisée. Finalement des expériences sont menées en soufflerie; les signaux obtenus sont retournés temporellement et la phase de rétropropagation est réalisée numériquement. Les résultats montrent qu’il est possible de localiser la position de la source sans les hypothèses liées à la formation de voies et sans correction des effets de l’écoulement. De plus, les capacités de la méthode à localiser une source aéroacoustique intermittente sont mises en évidence
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