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Dissertations / Theses on the topic 'Planification nonholonomique du mouvement'
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Manríquez, Peñafiel Ronald. "Local approximation by linear systems and Almost-Riemannian Structures on Lie groups and Continuation method in rolling problem with obstacles." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. https://theses.hal.science/tel-03716186.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est d'étudier deux sujets en géométrie sub-Riemannienne. D'une part, l'approximation locale d'une structure presque riemannienne aux points singuliers, et d'autre part, le système cinématique d’une variété à 2 dimensions roulant (sans torsion ni glissement) sur le plan euclidien avec des régions interdites. Une structure presque riemannienne de dimension n peut être définie localement par n champs vectoriels satisfaisant la condition de rang de l'algèbre de Lie, jouant le rôle d'un cadre orthonormé. L'ensemble des points où ces champs vectoriels sont colinéaires est appelé l'ensemble singulier Z. Aux points de tangence, c'est-à-dire aux points où l'espace linéaire engendré par champs vectoriels est égale à l'espace tangent de Z, l'approximation nilpotente peut être remplacée par l'approximation solvable. Dans cette thèse, sous des conditions génériques, nous établissons l'ordre d'approximation de la distance originale par d ̃ (la distance induite par l'approximation solvable) et nous prouvons que d ̃ est plus proche que la distance induite par l'approximation nilpotente de la distance originale. En ce qui concerne les structures des systèmes d'approximation, l'algèbre de Lie générée par cette nouvelle famille de champs vectoriels est de dimension finie et solvable (dans le cas générique). De plus, l'approximation solvable est équivalente à un ARS linéaire sur un espace homogène ou un groupe de Lie. D'autre part, les systèmes non-holonomes ont attiré l'attention de nombreux auteurs de différentes disciplines pour leurs applications variées, principalement en robotique. Le problème du corps roulant (sans glissement ni rotation) d'une variété riemannien bidimensionnel sur une autre variété peut être écrit comme un système non-holonomique. De nombreuses méthodes, algorithmes et techniques ont été développés pour le résoudre. Une implémentation numérique de la méthode de continuation pour résoudre le problème dans lequel une surface convexe roule sur le plan euclidien avec des régions interdites (ou obstacles) sans glisser ou tourner est effectuée. Plusieurs exemples sont illustrésThe aim of this thesis is to study two topics in sub-Riemannian geometry. On the one hand, the local approximation of an almost-Riemannian structure at singular points, and on the other hand, the kinematic system of a 2-dimensional manifold rolling (without twisting or slipping) on the Euclidean plane with forbidden regions. A n-dimensional almost-Riemannian structure can be defined locally by n vector fields satisfying the Lie algebra rank condition, playing the role of an orthonormal frame. The set of points where these vector fields are colinear is called the singular set (Z). At tangency points, i.e., points where the linear span of the vector fields is equal to the tangent space of Z, the nilpotent approximation can be replaced by the solvable one. In this thesis, under generic conditions, we state the order of approximation of the original distance by d ̃ (the distance induced by the solvable approximation), and we prove that d ̃ is closer than the distance induced by the nilpotent approximation to the original distance. Regarding the structure of the approximating system, the Lie algebra generated by this new family of vector fields is finite-dimensional and solvable (in the generic case). Moreover, the solvable approximation is equivalent to a linear ARS on a homogeneous space or a Lie group. On the other hand, nonholonomic systems have attracted the attention of many authors from different disciplines for their varied applications, mainly in robotics. The rolling-body problem (without slipping or spinning) of a 2-dimensional Riemannian manifold on another one can be written as a nonholonomic system. Many methods, algorithms, and techniques have been developed to solve it. A numerical implementation of the Continuation Method to solve the problem in which a convex surface rolls on the Euclidean plane with forbidden regions (or obstacles) without slipping or spinning is performed. Several examples are illustrated
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Blin, Nassime. "Planification interactive de mouvement avec contact." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19695/1/Blin.pdf.
Full textAbstract:
La conception de nouveaux produits industriels nécessite le développement de prototypes avant leur déploiement grand public. Afin d'accélérer cette phase et de réduire les coûts qui en découlent, une solution intéressante consiste a utiliser des prototypes virtuels le plus longtemps possible en particulier dans la phase de conception. Certaines des étapes de la conception consistent à effectuer des opérations d'assemblage ou de désassemblage. Ces opérations peuvent être effectuées manuellement ou automatiquement à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement. La planification de mouvement est une méthode permettant à un ordinateur de simuler le déplacement d'un objet d'un point de départ à un point d'arrivée tout en évitant les obstacles. Le travail de recherche de cette thèse apporte des solutions pour l'interaction entre un humain et un algorithme de planification de mouvement pendant l'exploration de l'espace libre. Le temps de recherche est partagé entre l'humain et la machine selon un paramètre de partage d'autorité permettant de déterminer le pourcentage d'allocation du temps à l'une ou l'autre entité. L'utilisation de ces deux entités en même temps permet d'accélérer grandement la vitesse d'exploration par rapport à la vitesse d'un humain seul ou d'un algorithme seul. Ces travaux apportent ensuite une nouvelle méthode de planification de mouvement avec contact permettant de générer des trajectoires à la surface des obstacles au lieu de les générer uniquement dans l'espace libre. La planification au contact permet d'effectuer des opérations spécifiques telles que le glissement ou l'insertion utiles pour la résolution de problèmes de planification dans des environnements encombrés. Enfin, détecter les intentions d'un utilisateur lorsqu'il interagit avec une m achine permet de lui fournir des ordres efficacement et intuitivement. Dans le cadre de la planification interactive au contact, un algorithme de détection d'intention est proposé. Ce dernier s'appuie sur l'utilisation d'un robot haptique permettant à un opérateur de ressentir les obstacles virtuels lors de la manipulation d'un objet virtuel dans un environnement de réalité virtuelle. L'algorithme interactif s'adapte en temps réel aux actions de l'opérateur pour une exploration pertinente de la surface des obstacles. Ces travaux ont été menés en partie au laboratoire toulousain LAAS au sein de l'équipe Gepetto et en partie dans le laboratoire LGP de l'ENIT au sein de l'équipe DIDS. Nous remercions la région Midi-Pyrénées pour avoir financé ces recherches.
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Dalibard, Sébastien. "Planification de mouvement pour systèmes anthropomorphes." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00619439.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est le développement et l'étude des algorithmes de planification de mouvement pour les systèmes hautement dimensionnés que sont les robots humanoïdes et les acteurs virtuels. Plusieurs adaptations des méthodes génériques de planification de mouvement randomisées sont proposées et discutées. Une première contribution concerne l'utilisation de techniques de réduction de dimension linéaire pour accélérer les algorithmes d'échantillonnage. Cette méthode permet d'identifier en ligne quand un processus de planification passe par un passage étroit de l'espace des configurations et adapte l'exploration en fonction. Cet algorithme convient particulièrement bien aux problèmes difficiles de la planification de mouvement pour l'animation graphique. La deuxième contribution est le développement d'algorithmes randomisés de planification sous contraintes. Il s'agit d'une intégration d'outils de cinématique inverse hiérarchisée aux algorithmes de planification de mouvement randomisés. On illustre cette méthodes sur différents problèmes de manipulation pour robots humanoïdes. Cette contribution est généralisée à la planification de mouvements corps-complet nécessitant de la marche. La dernière contribution présentée dans cette thèse est l'utilisation des méthodes précédentes pour résoudre des tâches de manipulation complexes par un robot humanoïde. Nous présentons en particulier un formalisme destiné à représenter les informations propres à l'objet manipulé utilisables par un planificateur de mouvement. Ce formalisme est présenté sous le nom d'"objets documentés".
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Roussel, Olivier. "Planification de mouvement pour tiges élastiques." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30355/document.
Full textAbstract:
Le problème de la planification du mouvement a été largement étudié dans le cas de corps rigides articulés mais peu de travaux considèrent les corps déformables. En particulier, les tiges élastiques telles que cables électriques, flexibles hydrauliques et pneumatiques, apparaissent dans de nombreux contextes industriels. Du fait d'une modélisation complexe et d'un grand nombre de degrés de liberté, l'extension des méthodes de planification de mouvement à de tels corps est un problème particulièrement difficile. En se basant sur les propriétés des configurations à l'équilibre statique, cette thèse propose plusieurs approches au problème de planification de mouvement pour des tiges élastiquesThe motion planning problem has been broadly studied in the case of articulated rigid body systems but so far few work have considered deformable bodies. In particular, elastic rods such as electric cables, hydraulic or pneumatic hoses, appear in many industrial contexts. Due to complex models and high number of degrees of freedom, the extension of motion planning methods to such bodies is a difficult problem. By taking advantage of the properties of static equilibrium configurations, this thesis presents several approaches to the motion planning problem for elastic rods
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Taïx, Michel. "Planification de mouvement pour robot mobile non-holonome." Toulouse 3, 1991. http://www.theses.fr/1991TOU30065.
Full textAbstract:
Les travaux exposes dans cette these traitent de la planification de trajectoires sans collision pour un robot mobile. L'etude prend en compte la contrainte cinematique qui impose au robot d'avoir une direction toujours tangente a sa trajectoire (cas d'une voiture): une telle contrainte est dite non-holonome. Cette etude se base sur la propriete de controlabilite du systeme: s'il existe une solution au probleme holonome, c'est-a-dire sans prise en compte de la contrainte cinematique, qui donne une trajectoire sans collision ni contact alors il existe une solution pour le systeme non-holonome. Dans un premier temps, on etudie une structure de courbes (courbes de reeds et shepp) qui permet d'obtenir les plus courts chemins pour un point dont le mouvement est contraint par un rayon de giration minimum. La longueur de ces courbes induit une metrique particuliere dans l'espace des configurations. On prouve une propriete topologique permettant d'utiliser les courbes de reeds et shepp pour obtenir une trajectoire faisable a partir de n'importe quelle trajectoire sans collision ni contact pour le systeme holonome associe. Le schema d'algorithme qui en decoule est alors instantie a partir d'un planificateur geometrique base sur la construction exacte de la frontiere de l'espace des configurations libres qui permet de resoudre le probleme holonome. Le planificateur iteratif non-holonome general est alors decrit. Enfin nous montrons le lien etroit existant entre la planification geometrique d'une trajectoire et le controle d'execution de cette trajectoire. Pour cela nous introduisons une methode originale d'evitement d'obstacle prenant en compte la contrainte cinematique et se basant sur des informations proximetriques. De nombreux exemples illustrent les differentes methodes de planification proposees
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Saut, Jean-Philippe. "Planification de Mouvement Pour la Manipulation Dextre d'Objets Rigides." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00715477.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne la planification des tâches de manipulation effectuées par une main robotisée. Il s'agit de mettre au point un système de calcul automatique des trajectoires que doivent suivre les doigts et l'objet manipulé, pour passer d'une configuration initiale à une configuration finale données. La méthode proposée dans cette thèse s'appuie sur une formulation originale du problème de planification, basée sur l'étude de la connexité des espaces des configurations de prise. Ces espaces sont explorés par l'intermédiaire de graphes probabilistes. En particulier, un graphe est construit pour explorer GSn, l'espace des configurations de prise à n doigts, n étant le nombre de doigts de la main. Les arêtes de ce graphe sont des chemins linéaires dans GSn. Utiliser de tels chemins permet d'éviter le calcul des mouvements de reconfiguration de prise et donc de réduire les temps de calcul et l'espace mémoire requis par la construction du graphe. Ces chemins ne sont pas cinématiquement réalisables puisque la pose de l'objet et la position des contacts ne peuvent changer indépendamment mais leur utilisation est rendue possible par la généralisation de la propriété de réduction introduite par Alami et al. Les mouvements de changement de prise qui requièrent d'être explicitement calculés au cours de la construction du graphe, sont pris en compte lors d'une étape de fusion des composantes connexes du graphe. Ces fusions sont réalisées à l'aide de chemins élémentaires respectant la cinématique de la manipulation coordonnée. Ces chemins sont appelés "chemins de ressaisie" et "chemins de transfert". Une fois que les configurations initiale et finale appartiennent à une même composante connexe du graphe, les chemins dans GSn sont décomposés en une suite de mouvements de déplacement de l'objet et de reconfiguration de la prise (chemins de transfert et de ressaisie), cinématiquement réalisables. Pour assurer la stabilité des chemins construits, un critère de stabilité de la prise (fermeture de force) est vérifié le long des chemins, lors de leur construction. Pour valider cette approche, une plate-forme de simulation a été développée et a permis de planifier différentes tâches de manipulation dextre avec une main à quatre doigts. Le planificateur offre des performances très intéressantes en terme de temps de calcul et a permis de résoudre des problèmes complexes tels qu'aucun résultat pour des problèmes de difficulté équivalente n'avait jamais été présenté jusqu'à présent. La méthode proposée s'applique à n'importe quel type de main, quel que soit son nombre de doigts mais, comme elle explore uniquement GSn et GS{n-1}, elle peut manquer des solutions si la main robotisée et le modèle des contacts doigt-objet permet la prise avec un nombre différent de doigts. Pour remédier à cela, nous avons proposé une méthode légèrement différente qui s'applique à une main à cinq doigts et consiste à construire un graphe pour explorer chacune des cinq composantes connexes de GS4 à l'aide de chemins linéaires dans cet espace et à tenter de fusionner les différents graphes à l'aide de chemins linéaires dans GS5 ou de chemins de transfert-ressaisie (dans GS3). Enfin, une variante de la méthode proposée a été développée pour prendre en compte le roulement relatif des surfaces de contact au cours de la manipulation de l'objet. Les différentes modifications nécessaires, concernant la représentation des prises et le calcul de chemins de transfert, sont présentées en détail.
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Simeon, Thierry. "Algorithmique du mouvement et planification de tâches en robotique." Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00131807.
Full textAbstract:
Un système robotique agit par le mouvement dans un monde physique. La capacité de planification de mouvement est une composante essentielle de son autonomie. C'est le thème des travaux présentés dans ce mémoire. Ils s'articulent selon quatre axes.Le premier concerne l'algorithmique géométrique du mouvement. La ligne forte qui se retrouve dans nos travaux est de privilégier des méthodes effectives de planification. En effet, la plupart des problèmes réels résistent aux approches algorithmiques exactes; nous présentons des approches de nature différente, qui en satisfaisant une forme plus faible de complétude (e.g. complétude probabiliste) sont capables de mieux répondre aux besoins des applications en termes d'efficacité et de robustesse algorithmique. Nous considérons ensuite des problèmes plus riches que la seule planification de mouvement, et plus directement liés à la notion de tâches en robotique. La seconde partie porte sur la planification de tâches de manipulation d'objets. La formulation géométrique que nous présentons permet d'étendre le concept d'espace des configurations à la planification automatique de ces tâches. D'autre part, les mouvements d'un robot s'effectuant dans un monde réel, la robustesse algorithmique doit être étendue à la robustesse de la boucle planification/contrôle des mouvements vis à vis des incertitudes dans les modèles manipulés par le raisonnement ou des imprécisions liées à l'exécution. C'est le thème de la troisième partie qui présente une approche combinant planification avec incertitude et modes réactifs: les algorithmes de planification utilisent la connaissance a priori sur la tâche pour produire des primitives référencées capteurs adaptées à la robotique mobile. Enfin, la dernière partie porte sur la planification de mouvements pour des robots mobiles évoluant dans des environnements naturels non structurés. Les techniques prése ntées permettent de traiter des systèmes de locomotion complexes et des terrains fortement accidentés.
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Kanoun, Oussama. "Contribution à la planification de mouvement pour robots humanoïdes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00446757.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur des algorithmes de contrôle et de planification de mouvements pour les robots humanoïdes. Le grand nombre de paramètres caractérisant ces systèmes a conduit au développement de méthodes numériques, d'abord appliquées aux bras manipulateurs et récemment adaptées pour les structures plus complexes. On relève particulièrement les formalismes de commande cinématique et dynamique par priorité qui permettent de produire un mouvement selon une hiérarchie préétablie des tâches. Au cours de ce travail, nous avons identifié le besoin d'étendre ce formalisme afin de tenir compte de contraintes unilatérales. Nous nous sommes par ailleurs intéressés à la planification de la locomotion en fonction des tâches. Nous proposons une modélisation jointe du robot et de sa trajectoire de marche comme une structure articulée unique saisissant à la fois les degrés de liberté actionnés (articulations motorisées du robot) et non actionnés (positionnement absolu dans l'espace). L'ensemble de ces algorithmes, qui seront longuement illustrés, ont été implémentés au sein du projet HPP (Humanoid Path Planner) et validés sur le robot humanoïde HRP-2.
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CAMBON, Stephane. "Planifier avec les contraintes géométriques du mouvement et de la manipulation." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009845.
Full textAbstract:
L'objet des recherches en planification de tâches est d'élaborer des algorithmes et des représentations qui participent à l'autonomie des robots en les dotant de capacités décisionnelles. Classiquement, un plan symbolique synthétisé par un planificateur permet au robot de décider des prochaines actions qu'il doit accomplir pour satisfaire sa mission. Dans cette thèse, nous développons l'idée que les planificateurs actuels, basés sur une représentation logique du monde, ne sont pas suffisants pour traiter des missions où les contraintes de mouvements des robots et celles liées à la manipulation d'objet ne peuvent pas être ignorées à cette étape. Souvent, en robotique, la faisabilité des mouvements et des manipulations est un pré-requis à la bonne exécution d'un plan. Dans cette thèse, nous introduisons un formalisme permettant de prendre en considération ces contraintes dans le modèle utilisé par un planificateur. En nous appuyant sur des résultats issus de la planification de mouvements et de manipulations autant que sur ceux de la planification de tâches, nous proposons un nouveau planificateur capable de raisonner sur ce formalisme. Nous produisons alors des plans définissant non seulement un ordre d'actions mais également les mouvements sans collision nécessaires à son exécution. L'implémentation de ce planificateur est présentée et évaluée.
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Pettré, Julien. "Planification de mouvements de marche pour acteurs digitaux." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30200.
Full text
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Nakhaei, Alireza. "Planification de mouvement, modélisation et perception : intégration sur un robot humanoïde." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00459954.
Full textAbstract:
Le chapitre 1 est pour l'essentiel une brève introduction générale qui donne le contexte générale de la planification et présente l'organisation du document dans son ensemble et quelques uns des points clés retenus : robot humanoïde, environnement non statique, perception par vision artificielle, et représentation de cet environnement par grilles d'occupation. Dans le chapitre 2, après une revue de littérature bien menée, l'auteur propose de considérer les points de repère de l'environnement dès la phase de planification de chemin afin de rendre plus robuste l'exécution des déplacements en cas d'évolution de l'environnement entre le moment où la planification est menée et celui où le robot se déplace ( évolution étant entendu comme liée à une amélioration de la connaissance par mise à jour, ou due à un changement de l'environnement lui-même). Le concept est décrit et une formalisation proposée. Le chapitre 3 s'intéresse en détail à la planification dans le cas d'environnements dynamiques. Les méthodes existantes, nombreuses, sont tout d'abord analysées et bien présentées. Le choix est fait ici de décrire l'environnement comme étant décomposé en cellules, regroupant elles-mêmes des voxels, éléments atomiques de la représentation. l'environnement étant changeant, l'auteur propose de réévaluer le plan préétabli à partir d'une bonne détection de la zone qui a pu se trouver modifiée dans l'environnement. L'approche est validée expérimentalement en utilisant une des plateformes robotiques du LAAS qui dispose de bonnes capacités de localisation : le manipulateur mobile Jido étant à ce jour plus performant sur ce plan que l'humanoïde HRP2, c'est lui qui a été utilisé. Ces expérimentations donnent des indications concordantes sur l'efficacité de l'approche retenue. Notons également que la planification s'appuie sur une boite englobante de l'humanoïde, et non pas sur une représentation plus riche (multi-degré-deliberté). En revanche, c'est bien de planification pour l'humanoï de considéré dans toute sa complexité qu'il s'agit au chapitre 4 : on s'intéresse ici à tous les degrés de liberté du robot. L'auteur propose des évolutions de méthodes existantes et en particulier sur la manière de tirer profit de la redondance cinématique. L'approche est bien décrite et permet d'inclure une phase d'optimisation de la posture globale du robot. Des exemples illustrent le propos et sont l'occasion de comparaison avec d'autres méthodes. Le chapitre 5 s'intéresse à la manière de modéliser l'environnement, sachant qu'on s'intéresse ici au cas d'une perception par vision artificielle, et précisément au cas de l'humanoïde, robot d'assurer lui-même cette perception au fur et à mesure de son avancée dans l'environnement. On est donc dans le cadre de la recherche de la meilleure vue suivante qui doit permettre d'enrichir au mieux la connaissance qu'a le robot de son environnement. L'approche retenue fait à nouveau appel à la boite englobante de l'humanoïde et non à sa représentation complète ; il sera intéressant de voir dans le futur ce que pourrait apporter la prise en compte des degrés de liberté de la tête ou du torse à la résolution de ce problème. Le chapitre 6 décrit la phase d'intégration de tous ces travaux sur la plateforme HRP2 du LAAS-CNRS, partie importante de tout travail de roboticien.
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Jouandeau, Nicolas. "Algorithmique de la planification de mouvement probabiliste pour un robot mobile." Paris 8, 2004. http://www.theses.fr/2004PA082465.
Full textAbstract:
Nous étudions dans ce mémoire la planification de mouvement probabiliste incrémentale. Nos travaux se concrétisent par un nouvel algorithme de construction des arbres aléatoires d'exploration rapide et une nouvelle décomposition de l'espace des configurations en cellules irrégulières. Partant d'une synthèse des méthodes de planification incrémentale probabiliste, nos travaux présentent un algorithme de construction accélérant l'exploration de l'espace de recherche. Partant des principales approches d'échantillonnage de l'espace de recherche utilisées dans les méthodes probabilistes, l'analyse des propriétés associées à ces échantillonnages nous conduit à proposer une décomposition de l'espace en cellules irrégulières adaptée à la notion d'accessibilité. Après définition de cette décomposition, ces algorithmes de construction sont évalués comparativement à un échantillonnage uniforme de l'espace de rechercheIn this thesis, we are studying incremental probabilistic motion planning. Our studies present a new fast algorithm to expand Rapidly exploring Random Tree (RRT) and a new irregular cell partition based on visibility. Our algorithm improves the existing successful probabilistic path planner called RRT by restricting each expansion step to the first collision free configuration. The analysis of the principal sampling's properties used in probabilistic motion planning leads us to propose a new irregular cell partition based on visibility. This new decomposition is tested in narrow environments and in cluthered ones. Results show that this new algorithm and this new decomposition are two significant componants of RRT methods. The motion planner we developped is implemented for mobile robot, evolving in a static well-known environment
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NISSOUX, CAROLE. "Visibilite et methodes probabilistes pour la planification de mouvement en robotique." Toulouse 3, 1999. http://www.theses.fr/1999TOU30212.
Full textAbstract:
Les applications actuelles de la robotique mettent souvent en uvre des robots complexes, ayant de nombreux degres de liberte. Or, le probleme de planification de mouvement a une complexite exponentielle avec le nombre de degres de liberte, ce qui rend necessaire l'utilisation de methodes non deterministes, qui cassent cette complexite et permettent de traiter des cas reels. Nos travaux portent sur la mise au point et l'etude d'une methode de type probabiliste basee sur la notion de visibilite. Apres avoir presente un etat de l'art du domaine, le deuxieme chapitre de notre memoire introduit la notion de visibilite, presente la notion de reseau adapte base sur la visibilite et propose un algorithme construisant de tels reseaux. Le comportement et les performances de cet algorithme sont analyses, et nous comparons ces performances a celles des methodes precedemment proposees. Un troisieme chapitre presente move3d, une plate-forme logicielle generique dediee a la planification de mouvement, dans laquelle notre planificateur a ete implante. Cette presentation inclut des resultats obtenus pour une large classe de systemes mecaniques (pont-roulant, bras manipulateur, robot mobile non-holonome, objet free-flying, etc. ). Le dernier chapitre est dedie aux robots de type voiture evoluant en marche avant. Un algorithme calculant la plus courte distance a un obstacle est propose, ainsi qu'une methode de construction des domaines de visibilite en position pour ce robot.
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Taix, Michel. "Contribution à la planification de mouvements en robotique." Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00644801.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce manuscrit d'Habilitation à Diriger des Recherches concernent la problématique de la planification de trajectoires pour un système robotique. Nous présentons des méthodes et des algorithmes qui calculent automatiquement des trajectoires géométriques sans collision et qui prennent en compte les contraintes du système pour effectuer une tâche. Dans une première partie, nous nous intéressons aux robots mobiles à roues. Nous avons développé une algorithmique pour calculer, si elle existe, une trajectoire pour un robot articulé en terrain accidenté qui garantit les contraintes de validité (stabilité, contraintes mécaniques et non collision). Afin d'améliorer la robustesse de notre approche, il est apparu nécessaire de prendre en compte le lien entre planification, localisation et exécution. Nous proposons une méthode pour définir automatiquement les amers pertinents à sélectionner le long de la trajectoire et étudions les conditions de leurs enchaînements. Nous transformons ainsi une planification de trajectoire géométrique en une suite de tâches référencées capteurs. Nous nous sommes ensuite intéressés au problème de recouvrement de surface pour lequel c'est la tâche robotique qui amène à définir implicitement une trajectoire. Nous avons développé une nouvelle approche incluant la gestion automatique des zones de fourrière. Dans une deuxième partie, nous avons étendu la problématique hors du champ de la robotique à roues. Nous avons commencé par combiner les avantages de différentes techniques de planification probabiliste afin de résoudre plus e cacement le problème des passages étroits. Il est alors apparu intéressant de faire coopérer un opérateur humain avec un algorithme de recherche probabiliste. Nous proposons une variante basée sur les Rapidly-exploring Random Trees pour construire un RRT-Interactif qui améliore le guidage d'un opérateur lors d'une tâche d'assemblage dans un environnement virtuel. Pour mieux comprendre le mouvement h umain, nous avons appliqué des principes moteurs neurobiologiques pour le contrôle du geste d'atteinte des robots humanoïdes. Nous montrons que cette approche permet de générer des mouvements réalistes qui respectent les caractéristiques du mouvement humain et qu'il est ensuite possible de synthétiser les mouvements d'atteinte par une combinaison de primitives motrices. Pour conclure, il nous semble intéressant d'étendre nos travaux, d'une part en planifiant des mouvements réalistes par rapport au mouvement humain en vue de l'introduction de mannequins numériques ; d'autre part, en planifiant des mouvements pour des objets déformables car de nombreux problèmes pratiques ne peuvent pas être résolus en considérant des objets rigides.
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Petti, Stéphane Renaud. "Navigation sûre en environnement dynamique : une approche par planification de mouvement partiel." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003661.
Full textAbstract:
Notre travail aborde le problème de navigation autonome en milieu dynamique partiellement connu. Ce problème a généré de nombreux travaux durant les dix dernières années. Néanmoins, nous avons observé que certains aspect fondamentaux liés à la nature dynamique de l'environnement ont été oubliés, en commençant par la limite de temps qu'un système placé dans un environnement dynamique a, pour prendre une décision et exécuter son mouvement. Bien que cette contrainte soit d'importance cruciale, il y a paradoxalement peu de travaux dans la littérature la prennent en compte. Cette contrainte temps réel a été placée au cœur de notre travail. Dans ce travail nous présentons une technique de planification qui prend en compte de manière explicite la contrainte temps réel imposée par l'environnement dynamique. La planification de mouvement partiel (PMP) est une technique originale de planification qui réagit à tout moment; dès que le temps imparti pour calculer une trajectoire est écoulé, la meilleure trajectoire calculée disponible est transmise. En fait, de notre point de vue, l'approche PMP est la meilleure approche possible au problème que nous avons observé, à savoir l'incompatibilité intrinsèque entre la planification en environnement dynamique et la contrainte temps réelle. PMP intègre également le problème de sûreté, que nous considérons d'un point de vue des états de collisions inévitables (ICS), concept récent qui englobe toutes les approches existantes et de proposer une technique qui donne de fortes garanties de sûreté pour notre système. Enfin, dans ce travail, nous démontrons l'efficacité de notre approche PMP pour des environnements relativement complexes. Plusieurs expérience ont été mises en œuvre où PMP a ainsi été intégré sur une plate forme réelle, le robot type voiture Cycab, véhicule conçu par l'INRIA.
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Fraichard, Thierry. "Planification de mouvement pour mobile non-holonome en espace de travail dynamique." Phd thesis, Grenoble INPG, 1992. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00341388.
Full textAbstract:
Le probleme aborde dans ce mémoire est celui de la planification des mouvements d'un mobile a soumis a des contraintes cinématiques et dynamiques et se déplaçant dans un espace de travail dynamique w. Ce mémoire défend la thèse selon laquelle le probleme considère, connu pour être complexe, peut entre résolu de façon efficace lorsqu'il existe une structuration de w naturelle pour a, i.e. Lorsqu'il est possible de structurer w en un ensemble de zones libres a l'intérieur desquelles a peut se déplacer. Dans ce cas, le probleme peut être aborde suivant deux directions complémentaires: 1) la planification de chemin qui prend en compte les contraintes cinématiques de a et les obstacles fixes de w, et; 2) la planification de trajectoire qui prend en compte les contraintes dynamiques de a et les obstacles mobiles de w. Ce mémoire traite le cas d'une voiture dans le réseau routier. Les zones libres sont alors définies par les voies de circulation. A est soumis a une contrainte cinématique non-holonome qui l'oblige a se déplacer dans une direction perpendiculaire a l'axe de ses roues. De plus, le rayon de braquage, l'accélération et la vitesse de a sont limites. Nous commençons par présenter deux techniques de resolution propres a chacune des deux planifications mentionnées ci-dessus et bien adaptées au contexte dans lequel nous nous plaçons. Puis, nous montrons comment intégrer ces deux techniques au sein d'un système de planification de mouvement qui permet de résoudre efficacement le probleme considéré
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Mainprice, Jim. "Planification de mouvement pour la manipulation d'objets sous contraintes d'interaction homme-robot." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00782708.
Full textAbstract:
Un robot agit sur son environnement par le mouvement, sa capacité à planifier ses mouvements est donc une composante essentielle de son autonomie. La planification de mouvement est un domaine de recherche qui a largement été étudié durant ces dernières décennies. L'objectif de cette thèse est de concevoir des méthodes algorithmiques performantes permettant le calcul automatique de trajectoires pour des systèmes robotiques complexes dans le cadre de la robotique d'assistance. Ce champ applicatif émergeant de la robotique autonome apporte de nouvelles contraintes et de nouveaux défis. Les systèmes considérés qui ont pour vocation de servir l'homme et de l'accompagner dans des tâches du quotidien doivent tenir compte de la sécurité et du bien-être de l'homme. Pour cela, les mouvements du robot doivent être générés en considérant explicitement le partenaire humain raisonant sur un modèle du comportement social de l'homme, de ses capacités et de ses limites afin de produire un comportement synergique optimal. Dans cette thèse nous étendons les travaux pionniers menés au LAAS dans ce domaine afin de produire des mouvements considérant l'homme de manière explicite dans des environnements encombrés. Des algorithmes d'exploration de l'espace des configurations par échantillonnage aléatoire sont combinés à des algorithmes d'optimisation de trajectoire afin de produire des mouvements sûrs et agréables. Nous proposons dans un deuxième temps un planificateur de tâche d'échange d'objet prenant en compte la mobilité du receveur humain permettant ainsi de partager l'effort lors du transfert. La pertinence de cette approche a été étudiée dans une étude utilisateur. Finalement, nous présentons une architecture logicielle qui permet de prendre en compte l'homme de manière dynamique lors de la réalisation de tâches de manipulation interactive. Cette architecture, développée en collaboration avec un partenaire du projet européen Dexmart a également été évaluée dans une étude utilisateur.
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Fraichard, Thierry Laugier Christian Verjus Jean-Pierre. "Planification de mouvement pour mobile non-holonome en espace de travail dynamique." S.l. : Université Grenoble 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00341388.
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Cambon, Stéphane. "Planifier avec les contraintes géométriques du mouvement et de la manipulation." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30060.
Full textAbstract:
L'objet des recherches en planification de tâches est d'élaborer des algorithmes et des représentations qui participent à l'autonomie des robots en les dotant de capacités décisionnelles. Classiquement, un plan symbolique synthétisé par un planificateur permet au robot de décider des prochaines actions qu'il doit accomplir pour satisfaire sa mission. Dans cette thèse, nous développons l'idée que les planificateurs actuels, basés sur une représentation logique du monde, ne sont pas suffisants pour traiter des missions où les contraintes de mouvements des robots et celles liées à la manipulation d'objet ne peuvent pas être ignorées à cette étape. Souvent, en robotique, la faisabilité des mouvements et des manipulations est un pré-requis à la bonne exécution d'un plan. Dans cette thèse, nous introduisons un formalisme permettant de prendre en considération ces contraintes dans le modèle utilisé par un planificateur. En nous appuyant sur des résultats issus de la planification de mouvements et de manipulations autant que sur ceux de la planification de tâches, nous proposons un nouveau planificateur capable de raisonner sur ce formalisme. Nous produisons alors des plans définissant non seulement un ordre d'actions mais également les mouvements sans collision nécessaires à son exécution. L'implémentation de ce planificateur est présentée et évaluéeOne of the goal of researches in task planning is to elaborate models and algorithms that contribute to the robots autonomy by giving them decisional abilities. Classically, a symbolic plan computed by a planner let the robot take the decisions of the next actions it must fulfill to satisfy its mission. In this thesis, we develop the following idea: current planners, based on a logical representation of the world, are not able to deal with missions where robots motions constraints and objects manipulation constraints cannot be ignored at this step. In Robotic, the feasibility of motion and manipulation is often a precondition to the good execution of a plan. In this thesis we introduce a formalism that allows us take into account these constraints in the model used by a planner. By using results from motion and manipulation planning as much as some from task planning, we propose a new planner able to reason on this formalism. We produce plans that define not only an order of action but also the motions without collision needed for its execution. The planner implementation is presented and evaluated
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Tran, Ngo Quoc Huy. "Planification de mouvement pour les systèmes dynamiques multi-agents dans un environnement variable." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT099.
Full textAbstract:
Cette thèse propose des solutions de commande basées sur la planification optimale de trajectoires pour des systèmes dynamiques multi-agents fonctionnant dans un environnement variable (avec obstacles statiques ou mobiles et des perturbations variables dans le temps).Cette planification de trajectoires repose sur l'utilisation combinée de la théorie des ensembles (en particulier des ensembles convexes bornés), de la commande prédictive non-linéaire (NMPC), du calcul de champs de potentiel et des méthodes basées sur des graphes. Elle se base sur la construction de champs de potentiel répulsifs associés à des fonctions de barrière marche-arrêt (on-off barrier functions) qui décrivent et activent ou désactivent les trajectoires libres (sans collision) calculées au préalable par une commande de type NMPC distribuée. Ces constructions sont ensuite utilisées pour maintenir la connectivité dans le groupe d'agents, tout en assurant le suivi du chemin pré-généré. En outre, un observateur pour l'estimation de perturbations non linéaires est intégré dans le schéma de commande afin de les rejeter.Les résultats théoriques obtenus sont validés en simulation, par des comparaisons avec des approches utilisant la programmation mixte en nombres entiers, à l'aide de données numériques réelles provenant d'une plateforme de navigation sécurisée pour les véhicules de surface non habités dans le fjord de Trondheim (Norvège)This thesis proposes optimization-based control solutions for the motion planning of multi-agent dynamical systems operating in a variable environment (with static/mobile obstacles and time-varying environmental disturbances).Collision-free paths are planned for the agents through the combined use of set theory (particularly, bounded convex sets), non(-linear) Model Predictive Control (MPC), Potential Field (PF) and graph-based methods. The contributions build on the proposal of repulsive potential field constructions together with on-off barrier functions which describe and, respectively, activate/deactivate the collision-free conditions introduced in a distributed NMPC framework. These constructions are further used for connectivity maintenance conditions among the group of agents while ensuring the tracking of the a priori generated path. Furthermore, a nonlinear disturbance observer is integrated within the control scheme for environmental disturbance rejection.Finally, the results are validated in simulation through comparisons with mixed-integer approaches and over a benchmark for the safe navigation of Unmanned Surface Vehicles (USVs) in the Trondheim fjord, Norway, using real numerical data
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Rosa-Rosero, Mario Fernando De la. "Planification de mouvements avec prise en compte explicite des incertitudes géométriques." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0177.
Full textAbstract:
Une nouvelle approche de planification automatique de mouvements est proposée pour un robot holonome (ayant 2 dégrés de liberté en translation et 1 degré de liberté en rotation) sous des contraintes d'incertitudes géométriques. Les incertitudes considérées portent sur le positionnement (position/orientation) et sur le déplacement du robot. L'originalité de l'approche réside d'une part dans le principe de résolution, et, d'autre part, dans la modélisation des incertitudes et son intégration dans l'approche. L'approche est composée de deux fonctions définies dans l'espace des configurations : (1) une fonction de potentiel fictif qui engendre des déplacements incrémentaux aussi bien dans l'espace libre que dans l'espace de contact ; (2) une fonction d'exploration qui parcourt de manière discrète l'espace de contact afin de contourner les minima locaux de la fonction précédente. Les "contacts" entre le robot et les obstacles sont utilisés pour réduire l'incertitude sur la position et l'orientation du robot. Une analyse explicite des incertitudes est intégrée dans l'approche proposée en utilisant des modèles géométriques de nature ensembliste. L'approche de planification a été validée pour deux types de tâches robotiques : (1) la planification de mouvements d'un objet "volant" sur un plan, et (2) la navigation d'un robot mobileA new motion planning approach is proposed for a holonomic robot (with 2 degrees of freedom in translation and 1 in rotation) under geometric uncertainty constraints. The constraints take into account the position, orientation and motion of the robot. The original contribution of the approach is the resolution method and the modelling of uncertainties. The approach consists of two functions defined in the configuration space: (1) an artificial potential function used to generate incremental motions in both the free space and the contact space; (2) an exploration function that analyses the contact space in order to overcome the local minima of the potential function. "Contact'' between the robot and the obstacles is used to reduce the position and orientation uncertainty of the robot. An explicit uncertainty analysis using geometric models is integrated into the approach. The approach is validated with two robotic tasks: (1) the motion planning for a free flying object on a plane, and (2) the navigation of a mobile robot
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Malti, Abed Choaib. "Planification et exécution de mouvements référencés sur des amers." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00446361.
Full textAbstract:
Planifier un chemin géométrique pour un robot d'une configuration initiale à une configuration initiale est aujourd'hui un problème quasiment résolu moyennant une représentation géométrique de l'environnement statique du robot, une modélisation de la chaîne cinématique du robot et de ses contraintes cinématiques. L'exécution de tels chemins en environnement réel est en revanche un problème qui est loin d'être résolu malgré une littérature fournie sur le sujet. De nombreuses raisons expliquent cette difficulté parmi lesquelles l'inexactitude des modèles d'environnement utilisés et des moyens de localisation. L'objectif de notre travail est de proposer une approche générique de planification de mouvements référencés sur des amers. Le principe de notre approche consiste à associer à une trajectoire géométrique sans collision des couples amers-capteurs qui pendant l'exécution sont utilisés pour asservir localement le mouvement du robot. Cette approche nous permet de produire des mouvements sûrs en donnant plus d'importance aux amers qui ont de bonnes propriétés de localisation ou bien à ceux qui représentent un danger de collision. Des résultats expérimentaux réalisés sur un robot mobile non holonome de type Hilare avec remorque valident notre approche.
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LAMIRAUX, Florent. "Algorithmique et commande du mouvement en robotique." Habilitation à diriger des recherches, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010407.
Full textAbstract:
Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s'articulent autour de la problématique du mouvement en robotique mobile. Il s'agit de développer des outils algorithmiques permettant à un robot mobile non holonome de planifier puis exécuter des mouvements dans un environnement encombré d'obstacles. L'originalité de ces travaux réside dans deux préoccupations omniprésentes : la généricité des approches proposées et l'applicabilité dans les conditions réelles de l'expérimentation. La plus grande partie de ces travaux sont d'ailleurs intégrés dans diverses plate-formes robotiques.
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Flavigne, David. "Planification de mouvement interactive: coopération humain-machine pour la recherche de trajectoire et l'animation." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00538807.
Full textAbstract:
Cette thèse contribue à la problématique de la planification de trajectoire. Dans le but d'améliorer la recherche d'une trajectoire solution nous présentons une variante de l'approche RRT puis une méthode de planification de mouvement intégrant un opérateur humain dans la boucle de recherche afin de trouver un chemin et ensuite d'animer un personnage virtuel. Après une introduction générale, une présentation du problème de la planification de mouvement est faite et les algorithmes existants les plus connus sont présentés dans le second chapitre. Les travaux sur lesquels ce chapitre se base sont présentés plus en détails. Une nouvelle méthode de planification développée pour des environnements spécifiques, orientée vers l'utilisation dans l'animation de personnage, est décrite. Enfin plusieurs tests et une analyse approfondie sont réalisés sur différents environnements et permettent de montrer les avantages de l'approche. Le troisième chapitre introduit une nouvelle méthode de planification interactive, qui fait coopérer un opérateur et un algorithme de planification de mouvement dans une boucle d'interaction. La méthode se base sur un échange de pseudo-forces entre l'utilisateur et l'algorithme à travers une scène virtuelle avec des périphériques interactifs du type souris 3D et bras haptique. Différents exemples permettent d'illustrer l'approche, et un cas emprunté à l'industrie automobile est présenté. Une étude est réalisée et montre l'influence de différents paramètres sur les performances de l'algorithme. Le quatrième chapitre présente une méthode d'animation de personnages interactive et intuitive. En se basant sur des travaux utilisant l'interpolation de captures de mouvements pour animer un personnage et sur la méthode du chapitre précédent, cette méthode introduit un aspect interactif qui permet de créer des trajectoires animées de personnages virtuels en respectant la volonté de l'utilisateur. Plusieurs exemples viennent illustrer cette méthode et en montr er les avantages.
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Flavigné, David. "Planification de mouvement interactive : coopération humain-machine pour la recherche de trajectoire et l'animation." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/983/.
Full textAbstract:
Cette thèse contribue à la problématique de la planification de trajectoire. Dans le but d'améliorer la recherche d'une trajectoire solution nous présentons une variante de l'approche RRT puis une méthode de planification de mouvement intégrant un opérateur humain dans la boucle de recherche afin de trouver un chemin et ensuite d'animer un personnage virtuel. Après une introduction générale, une présentation du problème de la planification de mouvement est faite et les algorithmes existants les plus connus sont présentés dans le second chapitre. Les travaux sur lesquels ce chapitre se base sont présentés plus en détails. Une nouvelle méthode de planification développée pour des environnements spécifiques, orientée vers l'utilisation dans l'animation de personnage, est décrite. Enfin plusieurs tests et une analyse approfondie sont réalisés sur différents environnements et permettent de montrer les avantages de l'approche. Le troisième chapitre introduit une nouvelle méthode de planification interactive, qui fait coopérer un opérateur et un algorithme de planification de mouvement dans une boucle d'interaction. La méthode se base sur un échange de pseudo-forces entre l'utilisateur et l'algorithme à travers une scène virtuelle avec des périphériques interactifs du type souris 3D et bras haptique. Différents exemples permettent d'illustrer l'approche, et un cas emprunté à l'industrie automobile est présenté. Une étude est réalisée et montre l'influence de différents paramètres sur les performances de l'algorithme. Le quatrième chapitre présente une méthode d'animation de personnages interactive et intuitive. En se basant sur des travaux utilisant l'interpolation de captures de mouvements pour animer un personnage et sur la méthode du chapitre précédent, cette méthode introduit un aspect interactif qui permet de créer des trajectoires animées de personnages virtuels en respectant la volonté de l'utilisateur. Plusieurs exemples viennent illustrer cette méthode et en montrer les avantagesThis thesis presents a motion planning method that integrates a user input into the planning loop to find a path and animate a virtual character. After a general introduction, a general presentation of the motion planning problem is made and the most known algorithms are presented in the second chapter. Then, two works on which this chapter is based are presented in details. A new motion planning method designed for planning in human environments is described. Several tests and a study are made on different environments and show the advantages of the approach. The third chapter introduces a new interactive motion planning method that allows a human operator and an algorithm to cooperate in a single interaction loop. This method is based on a pseudo-force exchange between the user and the algorithm through a virtual scene using interactive devices such as a space mouse or a haptic arm. Several examples illustrate the approach and an automotive case is presented. A analysis shows the influence of several parameters on the performances. The fourth chapter presents an intuitive and interactive character animation method. Using a previous work based on motion capture interpolation for animation and the previous chapter algorithm, this method introduces interactivity to create animated trajectories for virtual characters that follows the user intentions. Some examples illustrate the method and show the advantages
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Poty, Alexandre. "Planification de trajectoire dans un environnement dynamique et génération de mouvement d'ordre non entier." Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13202.
Full textAbstract:
Le thème général des travaux qui font l'objet de cette thèse concerne la dérivation non entière en robotique et commande. La première partie traite de la planification de trajectoire dans un environnement dynamique. L'intégration généralisée est utilisée ici à travers des potentiels généralisés pour permettre une variation progressive et continue de l'influence à distance des obstacles en fonction de leur dangerosité. La deuxième parti de la thèse est consacrée à la génération de consigne. Une approche basée sur le modelage de consigne ("preshaping") est utilisée pour le contrôle de modes peu amortis. Elle est étendue aux systèmes à dérivée généralisée explicite. L'étude de la robustesse de la méthode aux variations de gain du système est effectuée. Elle est alors appliquée à une commande Crone de deuxième génération. Une deuxième méthode est basée sur le filtre à dérivée généralisé borné en fréquence permettant d'imposer le maximum de commande dès l'application de la consigne.
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Toumieh, Charbel. "Single and multi-agent motion planning for multirotors at high speeds." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG072.
Full textAbstract:
La navigation autonome des drones aériens a de nombreuses applications réelles qui peuvent rendre certaines tâches plus rapides et plus efficaces, telles que la recherche et le sauvetage. L'approche principale consiste à diviser le problème de la navigation autonome en sous-problèmes et à essayer de les résoudre de manière optimale. Ces sous-problèmes sont généralement considérés comme étant la perception (localisation et cartographie), la planification et le contrôle. Dans ce travail, nous abordons certains des sous-problèmes qui constituent des goulots d'étranglement du vol rapide et agile de la navigation autonome par drone. Nous mettons l'accent sur l'adaptation de nos algorithmes aux systèmes embarqués à faible puissance de calcul. Notre travail se scinde en 4 parties. La première partie concerne un nouvel algorithme de planification hors ligne, en environnment cartographié et statique, qui bat toutes les méthodes de l'état de l'art en termes de génération de trajectoire optimale en temps pour les multirotors. La deuxième partie traite de la cartographie et étudie les limites de l'utilisation d'un GPU pour transformer une carte de nuages de points générés par des capteurs en une grille de voxels. L'accent est mis sur la génération de la grille de voxels dans le temps de calcul le plus court possible pour la rendre adaptée aux systèmes embarqués à faible puissance de calcul. La troisième partie aborde, en partant d'une grille de voxel, le problème de la génération de couloirs sûrs qui sont utilisés dans les méthodes de planification de l'état de l'art pour planifier des trajectoires sûres et réalisables. Dans notre travail sur les couloirs sûrs, nous améliorons l'état de l'art en termes de sécurité, tout en restant dans les contraintes strictes des systèmes à faible puissance de calcul. La quatrième et dernière partie utilise nos travaux sur les couloirs sûrs et propose un nouveau cadre de planification améliorant l'état de l'art de la planification multirotor dans un environnement statique/dynamique pour la planification mono/multi-agentAutonomous navigation of aerial drones has many real-world applications that can make some tasks faster and more efficient, such as search and rescue. The main approach is to divide the problem of autonomous navigation into subproblems and try to solve them optimally. These subproblems are usually considered to be perception (localization and mapping), planning and control. In this work, we address some of these subproblems that are bottlenecks of fast and agile flight of autonomous drone navigation. We focus on making our algorithms suitable for low compute embedded systems. Our work can be divided into 4 parts. The first part presents a new offline planning algorithm in a mapped and static environment that beats all state-of-the-art methods in terms of time optimal trajectory generation for quadrotors. The second part addresses mapping and studies the limits of using a GPU to transform the pointcloud output of sensors into a voxel grid. The focus is on generating the voxel grid in the lowest computation time possible to make it suitable for low compute embedded systems. The third part (using voxel grids) tackles the problem of generating Safe Corridors that are used in state-of-the-art planning methods to plan safe and feasible trajectories. In our work on Safe Corridors we improve on the state-of-the-art in terms of safety, while remaining within the hard constraints of low compute systems. The fourth and final part uses our work on Safe Corridors and presents a new planning framework to improve on the state-of-the-art of multirotor planning in a static/dynamic environment for single/multi-agent planning
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Ciocca, Jean-Luc. "La planification d’une activité Maker : une planification dynamique et flexible pour répondre aux besoins des élèves." Thesis, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2019. http://hdl.handle.net/10393/38916.
Full textAbstract:
L’objectif de ce travail de recherche est d’explorer comment le personnel enseignant conçoit la planification d’une activité de type Maker à l’école. Plus spécifiquement, nous cherchons à comprendre comment il véhicule les trois éléments associés au mouvement Maker retenus par Martin (2015) à savoir les outils numériques, la communauté et la mentalité du fabricant. Cet auteur juge ces éléments essentiels à la pérennité du mouvement en éducation. Ce mouvement, communément appelé « do-it-yourself », rencontre depuis plusieurs années un engouement sans précédent, notamment auprès du personnel enseignant qui s’imprègne de la philosophie Maker en vue de créer de nouveaux environnements d’apprentissage et préparer l’élève au monde du 21e siècle. La diversité des outils orientés Maker (p. ex. Arduino, Scratch ou l’impression 3D) et leurs facilités d’utilisation ont grandement contribué à cet enthousiasme. Dans notre étude, nous avons mené des entrevues auprès d’enseignantes et d’enseignants des écoles de langue française de l’Ontario, précisément de la région d’Ottawa. Notre étude a permis de révéler trois éléments importants dans la planification d’une activité de type Maker : 1) la création d’un esprit de communauté Maker; 2) l’implantation d’une mentalité Maker par les actes; et 3) l’émergence d’une planification dans l’action.
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El, Khoury Antonio. "Planification de Mouvements Optimaux pour des Systèmes Anthropomorphes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00833019.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est le développement et l'étude d'algorithmes de planification de mouvements optimaux pour des systèmes anthropomorphes sous-actionnées et hautement dimensionnés, à l'instar des robots humanoïdes et des acteurs virtuels. Des méthodes de planification aléatoires et de commande optimale sont proposées et discutées. Une première contribution concerne l'utilisation d'une méthode efficace de recherche dans un graphe pour l'optimisation de trajectoires de marche planifiées pour un système modélisé par sa boîte englobante. La deuxième contribution concerne l'utilisation de méthodes de planification aléatoires sous contraintes afin de planifier de façon générique des mouvements corps-complet de marche et manipulation. Enfin nous développons une approche algorithmique qui combine des méthodes de planification aléatoires sous contraintes et de commande optimale. Cette approche permet de générer des mouvements dynamiques, rapides, et sans collision, en présence d'obstacles dans l'environnement du système.
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Wei, Yan. "Planification et Suivi de Mouvement d’un Système de Manipulateur Mobile non-holonome à deux bras." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2018. http://www.theses.fr/2018ECLI0004/document.
Full textAbstract:
Cette thèse se situe dans la planification et le suivi de mouvement d’un humanoïde mobile à deux bras. Premièrement, MDH est utilisé pour la modélisation cinématique. Afin de surmonter les insuffisances de la méthode d’Euler-Lagrange qui nécessitent des calculs d’énergie et ses dérivées partielles, la méthode de Kane est utilisée. En plus, la stabilité physique est analysée et un contrôleur est conçu. Deuxièmement, un algorithme avancée MaxiMin NSGA-II est proposée pour concevoir l’orientation et la position optimales de la plate-forme mobile (PB) et la configuration optimale du manipulateur supérieur (MS) étant donnée uniquement la pose initiale et les positions et orientations souhaitées des EEs. Un algorithme à connexion directe combinant BiRRT et la gradient-descente est conçu pour réaliser la transition de la pose initiale à la pose optimale, et une méthode d'optimisation géométrique est conçue pour optimiser et cohérer le chemin. En outre, les motions en avant sont obtenues en attribuant des orientations pour MB indiquant ainsi l'intention du robot. Afin de résoudre le problème d'échec de l’algorithme hors ligne, un algorithme en ligne est proposé en estimant les motions des obstacles dynamiques. De plus, afin d'optimiser les via-poses, un algorithme basé sur les via-points des EEs et MOGA est proposé en optimisant quatre fonctions objectives. Enfin, le problème de suivi de motion est étudié étant donné les motions des EEs dans l'espace de tâche. Au lieu de contrôler la motion absolue, deux motions relatives sont introduites pour réaliser la coordination et la coopération entre MB et MS. De plus, une technique mWLN est proposée pour éviter les limites des jointsThis thesis focuses on the motion planning and tracking of a dual-arm mobile humanoid. First, MDH is used for kinematic modeling. The co-simulation via Simulink-Adams on prototype is realized to validate the effectiveness of RBFNN controller. In order to overcome the shortcomings of Euler-Lagrange’s formulations that require calculating energy and energy derivatives, Kane’s method is used. In addition, physical stability is analyzed based on Kane’s method and a controller is designed using back-stepping technique. Secondly, an improved MaxiMin NSGA-II is proposed to design the mobile base’s (MB) optimal position-orientation and the upper manipulator’s (UM) optimal configuration given only the initial pose and end-effectors’ (EEs) desired positions-orientations. A direct connect algorithm combining BiRRT and gradient-descent is designed to plan the transition from initial pose to optimal pose, and a geometric optimization method is designed to optimize and cohere the path. In addition, forward motions are obtained by assigning orientations for MB thus indicating robot’s intention. In order to solve the failure problem of offline algorithm, an online algorithm is proposed while estimating dynamic obstacles’ motions. In addition, in order to optimize via-poses, an algorithm based on EEs’ via-points and MOGA is proposed by optimizing four via-pose-based objective functions. Finally, the motion tracking problem is studied given EEs’ motions in the task space. Instead of controlling the absolute motion, two relative motions are introduced to realize the coordination and cooperation between MB and UM. In addition, an modulated WLN technique is proposed to avoid joints’ limits
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Palluel-Germain, Richard. "Planification et contrôle de la trajectoire d'un mouvement d'atteinte de cible : influence des contraintes visuelles." Grenoble 2, 2004. http://www.theses.fr/2004GRE29045.
Full textAbstract:
La production de mouvements d'atteinte de cible, qu'il s'agisse de pointage de cibles ou de saisie d'objets, soulève la question des processus permettant la transformation d'une intention motrice en un mouvement réel. Ce traitement implique une phase de spécification de la trajectoire permettant au segment distal d'atteindre la cible. Si l'existence de cette phase de planification est généralement admise, l'espace dans lequel les commandes motrices sont définies continue d'être un objet de discussion. Une première théorie postule que la planification des mouvements est réalisée sur la base de leurs effets externes en spécifiant une trajectoire spatiale du segment distal dans l'espace des tâches. Un autre courant, en revanche, postule que les commandes motrices seraient définies dans l'espace articulaire, la trajectoire effectuée par la main n'étant que la conséquence du mouvement planifié. Le but de ce travail est de montrer qu'une contrainte visuelle peut modifier l'espace dans lequel les commandes motrices sont spécifiées. Une première expérience a donc consisté à comparer la production de mouvements de pointage effectués dans des situations de contrôle visuel direct et indirect (contrôle vidéo-assisté). Les mouvements étaient effectués vers des cibles placées à différentes excentricités (20, 40, 60 et 80 deg) et pouvaient être physiquement contraints (2D) ou non contraints (3D). Lorsque le mouvement est contraint, les trajectoires de la main tendent à être rectilignes quels que soient l'excentricité de la cible et le type de contrôle visuel. Des résultats différents sont observés pour les mouvements non contraints. En effet, en situation de vision directe la courbure de la trajectoire augmente selon l'excentricité de la cible alors qu'elle reste rectiligne dans la situation de vision indirecte. Une seconde expérience a consisté à analyser, dans des conditions similaires, un mouvement de saisie. Malgré les fortes contraintes bio-mécaniques pesant sur ce type de mouvement, on observe également une tendance à produire des trajectoires rectilignes en situation de vision indirecte. Le même résultat est observé lors d'une expérience destinée à analyser l'effet d'un biais directionnel (rotation de 45 degrés). L'ensemble de ce travail indique qu'un contrôle visuel indirect contraint le système moteur à planifier le mouvement dans l'espace des tâches, ce qui démontre, par là même, le caractère non exclusif des modes de représentation des commandes motricesIn goal-directed movements, the way motor intentions are transformed into motor commands raises the question of defining the mechanisms responsible for the hand trajectory formation. A large set of data led to the conclusion that goal-directed movements are encoded as a displacement along a given pre-established trajectory. According to some theories, the motor system selects a given trajectory in task space and then, transforms this path into a pattern of joint covariations. Whereas according to another view, the path taken by the hand in the external world is the result of a trajectory specified at the joint level. The goal of the present work is to show that trajectory planning can be influenced by a visual constraint. In a first experiment we compared movements carried out either under a direct or a remote visual control (use a video system). Movements aimed at targets placed at different eccentricities and were either constrained (i. E. , two dimensional movements) or unconstrained (i. E. , three dimensional movements). Results revealed that trajectories of constrained movements were nearly straight whatever the eccentricity of the target and the type of visual control. However, a different pattern was revealed for unconstrained movements: Under direct vision, the trajectory curvature increased as the eccentricity of the target augmented, whereas under indirect vision, trajectories remained nearly straight whatever the eccentricity of the target. In a second experiment, grasping movements were analysed in a similar situation. Despite the biomechanical constraints that weigh upon such movements, subjects tended to produce straight trajectories in the indirect visual feedback situation. Similar results were observed in motor adaptation to a directional bias imposed by a 45 degree rotation of the remote visual feedback (Third experiment). Taken together, these results suggest that movements controlled through a remote visual feedback are planned in task space and therefore show that motor commands are represented differently as a function of the demands of the task
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Malti, Abed Choaïb. "Planification et exécution de mouvements référencés sur des amers." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30236.
Full textAbstract:
Planifier un chemin géométrique pour un robot d'une configuration initiale une configuration finale est aujourd'hui un problème quasiment. L'exécution de tels chemins en environnement réel est en revanche un problème qui est loin d'être résolu. De nombreuses raisons expliquent cette difficulté parmi lesquelles l'inexactitude des modèles d'environnement utilisés et des moyens de localisation. L'objectif de notre travail est de proposer une approche générique de planification de mouvements référencés sur des amers. Le principe de notre approche consiste associer une trajectoire géométrique sans collision des couples amers-capteurs qui pendant l'exécution sont utilisés pour asservir localement le mouvement du robot. Des résultats expérimentaux réalisés sur un robot mobile non-holonome de type Hilare avec remorque valident notre approcheRobot motion execution is a difficult task, mainly, because of the high complexity of the path planning problem and the inaccuracy of the map of the environment used to plan the. During the past fifteen years, solutions have been proposed to solve the path planning problem for simple or complex kinematic systems. Our work deals with the second issue. The generic approach we propose aims at producing motion features composed of a reference trajectory and a set of sensor-landmark pairs. These motion features define along the planned trajectory closed-loop motion strategies for the robot. These strategies have to take into account obstacles that represent a danger of collision and landmarks that yield a good localization. Experimental results on-board mobile robot Hilare 2 towing a trailer validate our approach
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Orthey, Andreas. "Exploiting structure in humanoid motion planning." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14685/1/orthey.pdf.
Full textAbstract:
If humanoid robots should work along with humans and should be able to solve repetitive tasks, we need to enable them with a skill to autonomously plan motions. Motion planning is a longstanding core problem in robotics, and while its algorithmic foundation has been studied in depth, motion planning is still an NP-hard problem lacking efficient solutions. We want to open up a new perspective on the problem by highlighting its structure: the behavior of the robot, the mechanical system of the robot, and the environment of the robot. We will investigate the hypothesis that each structural component can be exploited to create more efficient motion planning algorithms. We present three algorithms exploiting structure, based on geometrical and topological arguments: first, we exploit the behavior of a walking robot by studying the feasibility of footstep transitions. The resulting algorithm is able to plan footsteps avoiding up to 60 objects on a 6 square meters planar surface. Second, we exploit the mechanical system of a humanoid robot by studying the linear linkage structures of its arms and legs. We introduce the concept of an irreducible motion, which is a completeness-preserving dimensionality reduction technique. The resulting algorithm is able to find motions in narrow environments, where previous sampling-based methods could not be applied. Third, we exploit the environment by reasoning about the topological structure of contact transitions. We show that analyzing the environment is an efficient method to precompute relevant information for efficient motion planning. Based on those results, we come to the conclusion that exploiting structure is an essential component of efficient motion planning. It follows that any humanoid robot, who wants to act efficiently in the real world, needs to be able to understand and to exploit structure.
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Jaillet, Léonard. "Méthodes probabilistes pour la planifcation réactive de mouvement." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00853031.
Full textAbstract:
Malgré le franc succès des techniques de planification de mouvement au cours de ces deux dernières décennies, leur adaptation à des scènes comprenant à la fois des obstacles statiques et des obstacles mobiles s'est avérée limitée jusqu'ici. Une des raisons en est le coût associé à la mise à jour des structures de données précalculées afin de capturer la connexité de l'espace libre. Notre contribution principale concerne la proposition d'un nouveau planificateur capable de traiter ces problèmes d'environnements partiellement dynamiques composés à la fois d'obstacles statiques et d'obstacles mobiles.
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Barthélémy, Sébastien. "Asymétries manuelles en temps de réaction : rôles de la planification du mouvement et de l'attention visuo-spatiale." Poitiers, 2002. http://www.theses.fr/2002POIT2315.
Full textAbstract:
L'étude des mouvements rapides dirigés vers un but, qui sont à la base de nombre de gestes quotidiens et de l'ensemble des comportements impliquant une coordination perceptivo-motrice, révèle des performances manuelles souvent asymétriques. L'objectif de ce travail est de contribuer à une meilleure compréhension de ce phénomène observé dans la préparation du mouvement. Une revue de littérature relative aux relations qu'entretiennent les asymétries cérébrales et les performances manuelles a permis de soulever certaines controverses méthodologiques et théoriques. Une série d'expérimentations dans lesquelles étaient manipulées les contraintes biomécaniques du mouvement, la planification spatiale et l'attention visuo-spatiale a permis, dans un premier temps, de valider l'utilisation du paradigme de Poffenberger pour l'étude des asymétries manuelles en temps de réaction. Dans un second temps, les résultats observés suggèrent que ces asymétries manuelles observées lors de la réalisation de mouvements spatialement dirigés reposeraient, au moins en partie, sur un phénomène de dominance hémisphérique droite à la fois pour la planification spatiale et pour l'orientation de l'attention visuo-spatialeWhen pointing to targets, right-handers often exhibit a left hand advantage in response preparation. The aim of this thesis is to better understand these manual RT asymmetries. A literature review about studies dealing with relations between cerebral asymmetries and manual performance revealed methodological and theoretical controversies. To solve both of them, experiments which allow controlling biomechanical constraints, movement planning and visuospatial attention were performed. On the one hand, results show that the Poffenberger paradigm, which was recently challenged, can be used to study manual RT asymmetries. On the other hand, they prove that faster left hand RTs observed in fast aiming movement can be attributed, at least partly, to a right hemisphere dominance in both movement planning and visuospatial attention processes
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Thevenon, Jean-Bernard. "Le problème de la planification de mouvements en robotique mobile : analyse du problème, synthèse et développement d'un planificateur mixte." Montpellier 2, 1989. http://www.theses.fr/1989MON20114.
Full textAbstract:
Cette these est une contribution a l'etude du probleme de la planification de mouvements en robotique mobile. Dans une premiere partie nous etudions les methodes de generation automatique de trajectoires et les techniques de planification. De cette analyse nous pouvons extraire les caracteristiques d'un systeme de controle pour robot mobile autonome evoluant en milieu partiellement structure. La seconde partie traite d'une implantation de cette methode. On utilise alors la methode des potentiels fictifs dont on controle les parametres au moyen d'un systeme expert. Cette architecture logicielle permet de resoudre le probleme des minimums locaux de potentiels et donc d'assurer la convergence de l'algorithme
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Poirier, Mathieu. "Planification de tâche de manipulation par pivotement pour un robot humain." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00450869.
Full textAbstract:
Ce manuscrit met en avant la capacité d'un robot humanoïde à effectuer une tâche difficilement réalisable par d'autres types de robots. On s'intéresse ici à la manipulation d'objets dits encombrants. De telles tâches de manipulation s'effectuent avec beaucoup de difficultés et font appel à plusieurs aptitudes, telles la prise en compte du mouvement du corps dans son ensemble (ou mouvement corps complet) et une parfaite synchronisation entre les différents membres, bras et jambes. Nous introduisons ici un planificateur de mouvements corps complet qui donne à un robot humanoïde la capacité de mettre en place, automatiquement, une stratégie de déplacement d'objets encombrants par pivotement, tout en prenant en compte un certain nombre de contraintes : évitement de collisions, coordination des membres, bras et jambes, et contrôle de la stabilité pendant tout le déplacement. Basé sur des résultats formels, définis en amont, prouvant la contrôlabilité en temps petit d'un système se déplaçant par pivotement. Le planificateur hérite aussi de la complétude probabiliste des méthodes d'échantillonnage aléatoire de planification sur lesquelles il est construit. Les capacités géométriques et cinématiques du planificateur proposé sont aussi démontrées à travers des simulations et des expérimentations réelles. Nous nous intéressons ensuite à résoudre des problèmes plus complexes, en offrant au robot la possibilité de lâcher et de reprendre l'objet à manipuler si celui-ci est bloqué dans un passage étroit.
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Abdallah, Rima. "Vers un modèle interopérable de contenus pédagogiques multimédia dans la formation ouverte à distance." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30096.
Full text
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Gréa, Hélène. "Planification et contrôle en temps réel d'un mouvement de pointage ou de saisie d'une cible visuelle : une approche pluridisciplinaire." Lyon 1, 2001. http://www.theses.fr/2001LYO1T008.
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Fernbach, Pierre. "Modèles réduits fiables et efficaces pour la planification et l'optimisation de mouvement des robots à pattes en environnements contraints." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30232.
Full textAbstract:
La synthèse automatique du mouvement de robots à pattes est un enjeu majeur de la robotique: sa résolution permettrait le déploiement des robots hors de leurs laboratoire. Pour y parvenir, cette thèse suit l'approche "diviser pour régner", où le problème est décomposé en plusieurs sous-problèmes résolus séquentiellement. Cette décomposition amène alors la question nouvelle de la faisabilité: comment garantir que la solution d'un sous-problème, permet la résolution des suivants (dont elle sert d'entrée)? Pour y répondre, cette thèse définit des critères de faisabilités efficaces, qui s'appuient sur la définition des contraintes qui s'appliquent au centre de masse du robot. En parallèle, et de manière plus générale, elle propose une nouvelle formulation du problème du calcul d'une trajectoire valide pour le centre de masse du robot. Cette formulation, continue, présente le double avantage (par rapport aux méthodes discrètes classiques) de garantir la validité de la solution en tous points, tout en améliorant, grâce à une réduction de la dimensionnalité du problème, les performances des algorithmes de l'état de l'art. L'architecture de planification de mouvement résultante a été validée en simulation, ainsi que sur le robot HRP-2, démontrant ainsi sa supériorité en termes de temps de calcul et de taux de succès par rapport à l'existantThe automatic synthesis of movements for legged robots is one of the long standing challenge of robotics, and its resolution is a prior to the safe deployment of robots outside of their labs. In this thesis, we tackle it with a divide and conquer approach, where several smaller sub-problems are identified and solved sequentially to generate motions in a computationally efficient manner. This decoupling comes with a feasibility issue : how can we guarantee that the solution of a sub-problem is a valid input for the next sub-problem ? To address this issue, this thesis defines computationally efficient feasibility criteria, focused on the constraints on the Center Of Mass of the robot. Simultaneously, it proposes a new formulation of the problem of computing a feasible trajectory for the Center Of Mass of the robot, given a contact sequence. This formulation is continuous, as opposed to traditional approaches that rely on a discretized formulation, which can result in constraint violations and are less computationally efficient. This general formulation could be straightforwardly used with any existing approach of the state of the art. The framework obtained was experimentally validated both in simulation and on the HRP-2 robot, and presented a higher success rate, as well as computing performances order of magnitudes faster than the state of the art
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Ma, Yingchong. "Planification de trajectoire et commande pour les robots mobiles non-holonomes." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00979604.
Full textAbstract:
Ce travail propose de nouvelles stratégies pour la planification et le contrôle des robots mobiles non-holonomes, de nouveaux algorithmes sont proposés. Tout d'abord, l'identification des différents modèles cinématiques de robot mobiles est discutée, et le problème est formulé comme l'identification en temps réel du signal de commutation d'un système singulier non-linéaire et à commutation. Deuxièmement, sur la base du modèle identifié, un algorithme de planification locale est proposé, et le contour irrégulier de l' obstacle est représenté par des segments. La trajectoire est obtenue en résolvant un problème de commande optimale avec contraintes. Troisièmement, nous appliquons un contrôleur i-PID pour contrôler le robot mobile non-holonome avec la perturbation dans les mesures. Un paramètre de commutation α est proposé en raison de la particularité du système non-holonome. En plus de notre algorithme de planification proposé, une autre approche de planification en utilisant de champs de potentiels est proposée. La nouvelle fonction de champ de potentiel est en mesure de résoudre les problèmes de minima locaux et de produire des forces lisses pour éviter les oscillations. Enfin, une approche de planification coopérative entre robots est proposée en utilisant les informations locales partagées par chaque robot. Le graphe de visibilité est utilisé pour générer une série d'objectifs intermédiaires qui assureront aux robots d'atteindre l'objectif final, et un algorithme est proposé pour étendre les obstacles et fusionner les obstacles lorsque deux obstacles s'entrecroisent
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Himmelstein, Jesse Cooper. "Geometric operators for motion planning." Toulouse, INSA, 2008. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000241/.
Full textAbstract:
Motion planning is building a considerable momentum within industrial settings. Whether for programming factory robots or calculating mechanical assembly sequences, motion planning through probabilistic algorithms has proved to be particularly efficient for solving complex problems that are difficult for human operators. This doctoral thesis, a collaborative work between the research laboratory LAAS‐CNRS and the startup company Kineo CAM, is aimed confronting motion planning problems encountered in the virtual factory. We have identified three domains that are of interest to industrial partners and we contribute to each: collision detection, swept volumes, and motion planning in collision. Collision detection is a critical operator for analyzing digital models within their environment. Motion planning algorithms rely so heavily on collision detection that it has become a performance bottleneck. This explains why such a large variety of collision detection algorithms exist, each specialized for a particular type of geometry, such as polyhedra or voxels. Such a diverse solution space is a barrier for integrating multiple geometry types into the same architecture. We propose a framework for performing proximity queries between heterogeneous geometries. While factoring out the algorithmic core common to spatial‐division and boundingvolume schemes, the framework allows specialized collision tests between a pair of geometric primitives. New geometry types can thus be added easily and without hurting performance. We validate our approach on a humanoid robot that navigates an unknown environment using vision. Swept volumes are a useful tool for visualizing the extent of a movement, such as the vibrations of an engine or the reaching of a digital human actor. The state‐of‐the‐art approach exploits graphics hardware to quickly approximate swept volumes with a high accuracy, but only applies to a single watertight object. To adapt this algorithm to handle computer‐aided design input, we modify its behavior to treat polygon soup models and discontinuous paths. We demonstrate its effectiveness on disassembly movements of mechanical pieces with a large number of triangles. It can be challenging to manipulate the volume described by a polygon soup. Starting with the swept volume algorithm, we introduce operators to change the size of discrete objects. At a basic level, we calculate the Minkowski sum of the object and a sphere in order to inflate the object, and the Minkowski difference to deflate it. We test these operators on both static and moving objects. Finally, we take on the problem of motion planning in collision. Although it may appear as a contradiction in terms, the ability to authorize a limited penetration during the planning process can be a powerful tool for certain difficult motion planning problems. For example, when calculating disassembly sequences, we can allow obstacles such as screws to move during the planning. In addition, by allowing collision we are able to solve forced passage problems. This is a difficult problem encountered in virtual mockups, where certain parts are slightly deformable or where we may be asked to find the “least‐worst path” when no non‐colliding path exists. In this doctoral work we develop several contributions that apply to industrial robotics and automation. By focusing on the strict functional and usability requirements of the domain, we hope that our algorithms are directly applicable as well as scientifically valuable. We try to expose the advantages as well as the disadvantages of our approach throughout the thesisLa planification du mouvement connait une utilisation croissante dans le contexte industriel. Qu’elle soit destinée à la programmation des robots dans l’usine ou au calcul de l’assemblage d’une pièce mécanique, la planification au travers des algorithmes probabilistes est particulièrement efficace pour résoudre des problèmes complexes et difficiles pour l’opérateur humain. Cette thèse CIFRE, effectuée en collaboration entre le laboratoire de recherche LAAS-CNRS et la jeune entreprise Kineo CAM, s’attache à résoudre la problématique de planification de mouvement dans l’usine numérique. Nous avons identifié trois domaines auxquels s’intéressent les partenaires industriels et nous apportons des contributions dans chacun d’eux: la détection de collision, le volume balayé et le mouvement en collision. La détection de collision est un opérateur critique pour analyser des maquettes numériques. Les algorithmes de planification de mouvement font si souvent appel à cet opérateur qu’il représente un point critique pour les performances. C’est pourquoi, il existe une grande variété d’algorithmes spécialisés pour chaque type de géométries possibles. Cette diversité de solutions induit une difficulté pour l’intégration de plusieurs types de géométries dans la même architecture. Nous proposons une structure algorithmique rassemblant des types géométriques hétérogènes pour effectuer les tests de proximité entre eux. Cette architecture distingue un noyau algorithmique commun entre des approches de division de l’espace, et des tests spécialisés pour un couple de primitives géométriques donné. Nous offrons ainsi la possibilité de facilement ajouter des types de données nouveaux sans pénaliser la performance. Notre approche est validée sur un cas de robot humanoïde qui navigue dans un environnement inconnu grâce à la vision. Concernant le volume balayé, il est utilisé pour visualiser l’étendue d’un mouvement, qu’il soit la vibration d’un moteur ou le geste d‘un mannequin virtuel. L’approche la plus innovante de la littérature repose sur la puissance du matériel graphique pour calculer une approximation du volume balayé très rapidement. Elle est toutefois limitée en entrée à un seul objet, qui luimême doit décrire un volume fermé. Afin d’adapter cet algorithme au contexte de la conception numérique, nous modifions son comportement pour traiter des « soupes de polygones » ainsi que des trajectoires discontinues. Nous montrons son efficacité sur les mouvements de désassemblage pour des pièces avec un grand nombre de polygones. Il est difficile de manipuler le volume décrit par une soupe de polygones. A partir du calcul du volume balayé, nous introduisons des opérateurs qui changent la taille de l’objet discret. Ces operateurs calculent la somme de Minkowski entre l’objet et une sphère afin d’agrandir l’objet, et la différence de Minkowski pour le rétrécir. Nous obtenons les résultats sur les objets statiques ainsi que dynamiques. Enfin, nous abordons le problème de la planification de mouvement en collision. Cette antilogie exprime la capacité d’autoriser une collision bornée pendant la recherche de trajectoire. Ceci permet de résoudre certains problèmes d’assemblage très difficiles. Par exemple, lors du calcul des séquences de désassemblage, il peut être utile de permettre à des « pièces obstacles » telles que les vis de se déplacer pendant la planification. De plus, en autorisant la collision, nous sommes capables de résoudre des problèmes de passage en force. Cette problématique se pose souvent dans la maquette numérique où certaines pièces sont « souples » ou si le problème consiste à identifier la trajectoire « la moins pire » quand aucun chemin sans collision n’existe. Nous apportons dans ce travail plusieurs contributions qui s’appliquent à la conception numérique pour la robotique industrielle. Nous essayons de marier une approche scientifique avec des critères de fonctionnalités strictes pour mieux s’adapter aux utilisateurs de la conception numérique. Nous cherchons à exposer les avantages et les inconvénients de nos approches tout au long du manuscrit
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Qiu, Zhaopeng. "Déplacement d'un mannequin virtuel dans un environnement encombré : simulation de mouvement en intégrant les contraintes d'équilibre." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00836087.
Full textAbstract:
Cette thèse a été réalisée en collaboration et cofinancement impliquant le LSI du CEA/LIST et le LBMC de l'IFSTTAR. L'objectif de thèse était d'étudier et de développer une méthode pour simuler les mouvements d'un mannequin virtuel (MV) dans un environnement encombré en s'appuyant sur des connaissances a priori. L'étude présente, dans un premier temps, des expériences de capture de mouvement (MoCap). Les données enregistrées ont été analysées afin de définir quelques principes sur les mouvements humains dans des environnements encombrés. Nous proposons ensuite un critère général d'équilibre et une marge de stabilité, sur la base d'un modèle simplifié du MV. Puis, nous présentons un framework hiérarchique pouvant générer et simuler des mouvements dynamiques du MV dans un environnement encombré en trois étapes : une trajectoire globale du centre de masse (CoM) est générée au niveau global afin d'assurer l'équilibre du MV durant son mouvement; puis au niveau local, les trajectoires des organes terminaux (OT, i.e. pieds, mains) et les postures sont générées localement sous des contraintes cinématiques et d'évitement de collisions; enfin au niveau de l'exécution, les trajectoires (CoM et OTs) et les postures sont utilisées comme références dans un contrôleur dynamique associé au MV. Enfin, ce framework est mis en œuvre dans un scenario d'entrée dans un véhicule pour évaluer ses performances et proposer des améliorations futures
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Broquère, Xavier. "Planification de trajectoire pour la manipulation d'objets et l'interaction Homme-robot." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00644776.
Full textAbstract:
Le contexte de la robotique de service est caractérisé par la présence de l'homme dans l'espace de travail du robot. Les mouvements de ces robots ne doivent perturber ni la sécurité de l'homme ni son confort. D'un point de vu planification de mouvement, le planificateur doit d'une part éviter de heurter l'homme ou l'environnement et d'autre part adapter les limites cinématiques du robot en fonction de la proximité de l'homme. A chaque niveau du système (planification et exécution/contrôle), le robot doit garantir la sécurité et le confort de l'homme. Nous proposons une approche de la planification et du contrôle de mouvement basée sur des trajectoires polynomiales. Dans une première partie, nous présentons un générateur de trajectoires qui limite la vitesse, l'accélération et le jerk. Il génère des trajectoires composées de suites de segments de courbes cubiques. Le cas mono-dimensionnel est d'abord présenté puis étendu au cas multi-dimensionnel. Dans une deuxième partie, nous proposons d'approximer les trajectoires par des suites de triplets de segments de courbes cubiques. Cette méthode permet de calculer des trajectoires respectant une erreur maximale donnée. Ces générateurs de trajectoire sont intégrés au planificateur de chemin et produisent des trajectoires directement exécutables. Une application originale de l'approximation permet d'approximer une trajectoire définie dans l'espace cartésien par une trajectoire définie dans l'espace articulaire. Cette approche simplifie la structure du contrôleur du robot. La présence de l'homme dans l'espace de travail du robot nécessite une adaptation des trajectoires pendant l'exécution. Nous proposons une méthode pour adapter la loi de mouvement de la trajectoire multidimensionnelle pendant l'exécution. Ces travaux, menés dans le cadre du projet européen DEXMART et du projet ANR ASSIST, ont été intégrés et validés sur les plateformes Jido et PR2 du LAAS-CNRS.
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Jaillet, Léonard. "Méthodes probabilistes pour la planification réactive de mouvements." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011515.
Full textAbstract:
Les techniques de planification de mouvement actuelles sont maintenant capables de résoudre des problèmes mettant en jeu des mécanismes complexes plongés au sein d'environnements encombrés. Néanmoins, l'adaptation de ces planificateurs à des scènes comprenant à la fois des obstacles statiques et des obstacles mobiles s'est avérée limitée jusqu'ici. Une des raisons en est le coût associé à la mise à jour des structures de données qui sont précalculées pour capturer la connexité de l'espace libre. Notre contribution principale concerne la proposition d'un nouveau planificateur capable de traiter des problèmes comprenant à la fois obstacles statiques et obstacles mobiles. Ce planificateur hybride combine deux grandes familles de techniques. D'une part les techniques dites PRM, initialement conçues pour résoudre des problèmes à requêtes multiples et que nous avons étendu à des problèmes de scènes dynamiques. D'autre part, de nouvelles techniques de diffusion, alors que celles-ci sont généralement dédiées aux problèmes simple requête ne nécessitant aucune opération de prétraitement. Les principaux développements accompagnant la construction de ce planificateur sont les suivants : - La proposition d'une architecture originale pour le planificateur dédié aux environnements changeants. Cette architecture inclut notamment plusieurs mécanismes dits d' "évaluation paresseuse" qui permettent de minimiser les test de collision et ainsi d'assurer de bonnes performances. - Le développement d'une nouvelle méthode de diffusion permettant de reconnecter localement certaines portions du réseau invalidées par la présence des obstacles mobiles. Cette méthode, appelée RRT à Domaine Dynamique correspond en fait une extension des planificateur bien connus à bases de RRTs. Un des intérêt propre à notre approche est d'équilibrer automatiquement deux comportements propres au planificateur : l'exploration vers des régions encore inconnues et l'affinage du modèle des régions de l'espac e déjà explorées. - Deux méthodes originales de création de réseaux cycliques qui servent à initialiser notre planificateur. La première assume que les obstacles mobiles sont confinés dans une région donnée, pour construire un réseau adapté aux différents types de changements de position possibles. La seconde est une méthode qui construit des réseaux appelés "réseaux de rétraction". A l'aide d'une structure de donnée de faible taille, cette structure parvient à capturer les différentes variétés de chemins de l'espace, à travers notamment chacune des classes d'homotopie de l'espace libre. Toutes ces méthodes sont implémentées au sein de la plate-forme de travail Move3D développée au LAAS-CNRS et sont évaluées sur différents types de systèmes mécaniques plongés au sein d'environnements 3D.
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Hoffmann, Gilles. "Adaptation de la planification et de la coordination de gestes de préhension et de visée chez des patients tétraplégiques C6 et C6/C7et effet d'un transfert musculo-tendineux." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066212.
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Bouyarmane, Karim. "De l'Autonomie des Robots Humanoïdes : Planification de Contacts pour Mouvements de Locomotion et Tâches de Manipulation." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00806453.
Full textAbstract:
Nous proposons une approche de planification unifiée pour robots humanoïdes réalisant des tâches de locomotion et de manipulation nécessitant une dextérité propre aux systèmes anthropomorphes. Ces tâches sont basées sur des transitions de contacts ; contacts entre les extrémités des membres locomoteurs et l'environnement dans le cas du problème de locomotion par exemple, ou entre les extrémités de l'organe préhensible effecteur et l'objet manipulé dans le cas du problème de manipulation. Nous planifions ces transitions de contacts pour des systèmes abstraits constitués d'autant de robots, d'objets, et de supports dans l'environnement que désiré/nécessaire pour la modélisation du problème. Cette approche permet de s'affranchir de la distinction de nature entre tâches de locomotion et de manipulation et s'étend à une variété d'autres problèmes tels que la coopération entre plusieurs agents. Nous introduisons notre paradigme de planification non-découplée de locomotion et de manipulation en exhibant la stratification induite dans l'espace des configurations de systèmes simplifiés pour lesquels nous résolvons analytiquement le problème en comparant des méthodes de planification géométrique, non-holonome, et dynamique. Nous présentons ensuite l'algorithme de planification de contacts basé sur une recherche best-first. Cet algorithme fait appel à un solveur de cinématique inverse qui prend en compte des configurations de contacts générales dans l'espace pouvant être établis entre robots, objets, et environnement dans toutes les combinaisons possibles, le tout sous contraintes d'équilibre statique et de respect des limitations mécaniques des robots. La génération de mouvement respectant l'équation de dynamique Lagrangienne est obtenue par une formulation en programme quadratique. Enfin nous envisageons une extension à des supports de contact déformables en considérant des comportements linéaires-élastiques résolus par éléments finis.
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Esteves, Jaramillo Claudia Elvira. "Motion Planning : from Digital Actors to Humanoid Robots." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00145201.
Full textAbstract:
Le but de ce travail est de développer des algorithmes de planification de mouvement pour des figures anthropomorphes en tenant compte de la géométrie, de la cinématique et de la dynamique du mécanisme et de son environnement.Nous proposons une approche à trois étages au problème de la planification de mouvements pour des figures anthropomorphes qui manipulent des objets encombrants tout en marchant. Dans le processus, plusieurs problèmes ainsi que des propositions pour les résoudre, sont présentés. Ceux sont principalement l'évitement tri-dimensionnel des obstacles, la manipulation des objets à deux mains, la manipulation coopérative des objets et la combinaison de comportements hétérogènes.
La contribution principale est la modélisation du problème de la génération automatique des mouvements de manipulation et de locomotion dans le contexte de mécanismes bipèdes. Les bonnes performances du planificateur sont validées avec des mécanismes différents, tant virtuels que physiques.
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Waldhart, Jules. "A NEW FORMULATION AND RESOLUTION SCHEMES FOR PLANNING COLLABORATIVE HUMAN-ROBOT TASKS." Thesis, Toulouse, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAT0047.
Full textAbstract:
Les robots interagissant avec des humains doivent se comporter en adéquation avec certaines de nos règles sociaux-culturelles, qui doivent être considérées par chaque composant du robot. Lorsqu’il décide d’une action à faire et de comment l’exécuter, le système a besoin de communiquer l’information contextuelle pertinente à chacun de ses composants afin qu’ils puissent respecter ces règles. Il est essentiel que de tels robots puissent se coordonner sans accrocs avec leur partenaires humains. Nous humains utilisons de nombreux signaux de synchronisation notamment via le regard, la lisibilité de nos gestes ou par le dialogue. Nous inférons efficacement les possibilités d’actions de nos partenaires, ce qui nous aide à anticiper ce qu’ils vont ou devraient faire afin de mieux planifier nos propres actions. Dans le domaine de l’interaction Homme-robot, ces capacités sont essentielles. Cette thèse présente notre approche pour résoudre deux tâches où humains et robots collaborent étroitement: un problème de transport d’objet où plusieurs robots et humain doivent ou peuvent se faire passer un objet de main à main pour l’amener d’un endroit à un autre, et une tâche de guide où le robot aide des humains à s’orienter en utilisant dialogue, navigation et mouvements déictiques (pointage). Nous présentons notre implantation de ces composants et de leur articulation dans le cadre d’une d’architecture où l’information contextuelle est transmise des plus hauts niveaux de décision vers les plus bas qui l’utilisent pour s’adapter. Le robot planifie aussi pour les actions des humains, comme dans un système multi-robot, ce qui lui permet de ne pas être dans l’attente des actions des humains, mais d’être proactif dans la proposition d’une solution, et d’anticiper leurs actions futuresWhen interacting with humans, robotic systems shall behave in compliance to some of our socio-cultural rules, and every component of the robot have to take them into account. When deciding an action to perform and how to perform it, the system then needs to communicate pertinent contextual information to its components so they can plan respecting these rules. It is also essential for such robot to ensure a smooth coordination with its human partners. We humans use many cues for synchronization like gaze, legible motions or speech. We are good at inferring what actions are available to our partner, helping us to get an idea of what others are going to do (or what they should do) to better plan for our own actions. Enabling the robot with such capacities is key in the domain of human-robot interaction. This thesis presents our approach to solve two tasks where humans and robots collaborate deeply: a transport problem where multiple robots and humans need to or can handover an object to bring it from one place to another, and a guiding task where the robot helps the humans to orient themselves using speech, navigation and deictic gestures (pointing). We present our implementation of components and their articulation in a architecture where contextual information is transmitted from higher levels decision components to lower ones, which use it to adapt. Our planners also plan for the human actions, as in a multi-robot system: this allows to not be waiting for humans to act, but rather be proactive in the proposal of a solution, and try to predict the actions they will take
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Gravot, Fabien. "ASyMov : fondation d'un planificateur robotique intégrant le symbolique et le géométrique." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30018.
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