Planification de trajectoires


    L'objectif de ce programme de recherche est le développement d'algorithmes pour la planification de trajectoires de systèmes robotiques complexes.

    Évitement d'obstacles

    Un premier volet d'activités portait sur le développement d'algorithmes pour la planification de trajectoires de manipulateurs redondants dans un environnement encombré d'obstacles. Une série d'algorithmes ont été mis au point à cette fin, à partir de l'approche des champs de potentiel discrets appliqués dans l'espace cartésien. Ces algorithmes permettent une planification de trajectoire simple et relativement robuste. Ils ont été développés dans le cadre d'un contrat avec l'Institut de Recherche d'Hydro-Québec (IREQ). La figure 1 montre un simulateur utilisé pour le développement et la vérification des algorithmes. L'opérateur peut commander le mouvement de l'effecteur en spécifiant une destination finale seulement ou encore en spécifiant des mouvements cartésiens locaux de l'effecteur. Dans les deux cas, l'évitement des obstacles est réalisé automatiquement par l'algorithme.

    Fig. 1 : Simulateur d'algorithmes d'évitement d'obstacles (cliquez sur l'image pour l'agrandir).

    Simulateur d'entretien de lignes électriques

    Les algorithmes développés ci-dessus l'ont été pour des applications d'entretien de lignes électriques sous tension par des systèmes télérobotiques. Ainsi, un simulateur graphique complet adapté à cette application a également été développé. Il permet la simulation du système à 23 degrés de liberté mis au point par l'IREQ. Le système comprend un mât à 4 degrés de liberté, deux manipulateurs SARCOS à 7 degrés de liberté chacun montés sur des glissières et un bras auxiliaire à 3 degrés de liberté. Le système complet et l'environnement de travail sont montrés à la figure 2.

    Fig. 2 : Simulateur graphique du système IREQ à 23 ddl (cliquez sur l'image pour l'agrandir).

    Planification de trajectoire d'un robot redondant

    Un autre volet a consisté à développer un algorithme pour la planification de trajectoire d'un robot redondant lorsque certaines des articulations sont bloquées. L'algorithme procède alors à une redéfinition de la cinématique du robot pour permettre l'application des algorithmes conventionnels de planification de trajectoire. Cet algorithme a été optimisé pour le manipulateur SARCOS à 7 degrés de liberté et intégré dans le contrôleur KALI utilisé à l'IREQ.

    Saisie d'objets en mouvement

    Finalement, un dernier volet a porté sur le développement d'algorithmes pour des manoeuvres d'approche et d'attrappe pour un manipulateur devant saisir des objets en mouvement. Une simulation complète d'un système comprenenant un manipulateur et trois caméras a été mise au point. Elle permet au manipulateur de suivre la trajectoire d'un objet arrivant dans l'espace atteignable et de planifier une manoeuvre d'interception et de saisie. Ceci est réalisé grâce au concept de cinématique inverse généralisée.

    Fig. 3 : Simulateur pour manoeuvres d'interception et de saisie d'objets. Les champs de vision des trois caméras sont représentés par des zones semi-transparentes. Les deux caméras fixes sont des caméras 2D alors que la caméra portée par le robot est une caméra 3D. Cliquez sur l'image pour l'agrandir.

    Applications

    La planification de trajectoires de manipulateurs redondants pour éviter des obstacles trouve des applications dans toutes les sphères d'activités en robotique. Les opération d'assemblage, de montage, de manutention et de soudure ne sont que quelques exemples. De plus, les applications en téléopération sont très nombreuses et recouvrent tous les domaines où les tâches effectuées présentent des dangers pour les opérateurs.

    Les manoeuvres d'approche et de saisie sont particulièrement utiles pour des manipulateur oeuvrant dans des environnements non structurés. Il peut s'agir de pièces se déplaçant sur une chaîne de montage ou sur un convoyeur et qui doivent être saisies par un manipulateur. Il peut également s'agir de tâches où les objets à saisir oscillent en raison de forces externes (vent, etc.).