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Cours de robotique mobile (niveau universitaire)

mobile cartographie planification

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#1 Mike118

Mike118

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Posté 07 juillet 2019 - 02:51

David FILLIAT de l'École Nationale Supérieure de Techniques Avancées ParisTech vous présente un super traité de 175 pages sur le thème de la Robotique Mobile. 
 

 

Fichier joint  Filliat_RobotiqueMobile_ENSTAParisTech.pdf   6,75 Mo   21 téléchargement(s)

 

On y traite de notions avancées en programmation comme la planification de trajectoire, le mapping, la notion d'amer, de carte topologique ou métrique, 

 

Ci dessous retrouvez  la table des matières du document : 

 

 

1 Introduction 9

1.1 Robot Mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2 Objectifs du cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3 (Très) Bref aperçu historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4 Exemples d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.5 Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

 

I Les bases de la navigation 15

 

2 Les différents types de navigation 19 2.1 Les stratégies de navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2 Les architectures de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2.1 Contrôleurs Hiérarchiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.2 Contrôleurs réactifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2.3 Contrôleurs hybrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.2.4 Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

 

3 Les sources d’information 27

3.1 Informations proprioceptives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2 Informations extéroceptives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.1 Variabilité perceptuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.2 Perceptual aliasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.3 Utilisation directe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.2.4 Utilisation d’un modèle métrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.3 Fusion d’informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

 

4 Matériels courants en robotique mobile 35

4.1 Les bases mobiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.1 Holonomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.2 Les plates-formes différentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.3 Les plates-formes omnidirectionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.1.4 Les plates-formes non holonomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.1.5 Les plates-formes à pattes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 

4.2 Les capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2.1 Les capteurs proprioceptifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2.2 Les télémètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2.3 Les caméras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.4 Autres capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3 Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

 

II Navigation réactive 53

 

5 Navigation vers un but 57

5.1 Véhicules de Braitenberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.2 Modèle de Cartwright et Collet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.3 Asservissement visuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

 

6 Évitement d’obstacles 61

6.1 Méthode des champs de potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.2 Méthode Vector Field Histogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.3 Méthode de la fenêtre dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

7 Apprentissage par renforcement 67

7.1 Formalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

7.2 Programmation dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

7.2.1 Évaluation d’une politique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

7.2.2 Amélioration d’une politique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

7.2.3 Algorithmes d’apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

7.3 Méthodes de Monte-Carlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7.3.1 Évaluation d’un politique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7.3.2 Besoin d’exploration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.3.3 Algorithmes d’apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.4 Apprentissage par différences temporelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.5 Traces d’éligibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

7.6 Application pratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.7 Exemple de mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

7.8 Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

 

III Navigation utilisant une carte 81

 

8 Localisation, Cartographie et Planification 85

8.1 Les trois problèmes de la navigation par carte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

8.2 Quelques hypothèses de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.2.1 Estimation de la position et de la direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.2.2 Environnements statiques et dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

 

9 Les représentations de l’environnement 89

9.1 Cartes topologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

9.1.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

9.1.2 Avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

9.1.3 Inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

9.1.4 Mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 

9.2 Cartes métriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.2.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.2.2 Avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

9.2.3 Inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

9.2.4 Mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

9.3 Représentations hybrides et hiérarchiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

 

10 Localisation 103

10.1 Différentes capacités de localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10.2 Estimation de la position par les perceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10.2.1 Cartes topologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10.2.2 Cartes métriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

10.2.3 Corrélation de cartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

10.2.4 Limitations de l’estimation de la position par les perceptions . . . . . . . . 110

10.3 Suivi d’une hypothèse unique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

10.3.1 Cartes topologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

10.3.2 Cartes métriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

10.3.3 Le filtrage de Kalman pour la localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

10.3.4 Limitations du suivi de position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

10.4 Suivi de plusieurs hypothèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

10.4.1 Suivi explicite de plusieurs hypothèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

10.4.2 Le filtrage Bayésien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

10.4.3 Filtrage Bayésien dans le cas discret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

10.4.4 Filtrage particulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

10.5 Comparaison des méthodes de localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

 

11 Cartographie 135

11.1 Les problèmes de la cartographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

11.1.1 Limitation des méthodes de localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

11.1.2 Fermetures de boucles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

11.1.3 Cartographie incrémentale et retour en arrière . . . . . . . . . . . . . . . . 136

11.2 Cartographie incrémentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

11.2.1 Cartes Topologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

11.2.2 Cartes métriques : corrélation de scan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

11.2.3 Cartes métriques : grilles d’occupation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

11.2.4 Stratégies d’exploration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

11.3 Retour sur les modifications passées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

11.3.1 Méthodes de relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

11.3.2 Cartographie par filtrage de Kalman étendu . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

11.3.3 Fast SLAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 1

1.4 Comparaison des méthodes de cartographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

11.5 Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

 

12 Planification 155 12.1 Espace des configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

12.2 Discrétisation de l’espace de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

12.3 Recherche de chemin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

12.3.1 Deux types de plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

12.3.2 Calcul de politique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

12.3.3 Calcul d’un chemin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

12.4 Exemples de politiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

12.5 Choix de l’action avec une position incertaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

12.6 Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

 

Index 164

Bibliographie 165

 

 

Autre article du même auteur : 
Fichier joint  Filliat-RobotiqueDeveloppementale-2010.pdf   193,88 Ko   1 téléchargement(s)


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Posté 07 juillet 2019 - 07:09

Cours de robotique mobile de l'université de laval : 

http://www2.ift.ulaval.ca/~pgiguere/cours/IntroRobotique/index.html

 

de nombreux cours intéressants : 

Révision très rapide des concepts mathématiques tels que trigonométrie, algèbre linéaire
Fichier joint  01-PlanCoursHistoMath.pdf   6,77 Mo   5 téléchargement(s)

 

 

exercices : Fichier joint  RevisionEtFondements.pdf   415,73 Ko   2 téléchargement(s)

solutions :Fichier joint  RevisionEtFondements_Solutions.pdf   484,21 Ko   2 téléchargement(s)

 

 

Fichier joint  02-Capteurs.pdf   4,99 Mo   3 téléchargement(s)

Notions sur les capteurs : Capteurs : tactile, sonar, accéléromètre, gyroscopes, centrales inertielles & nappes lasers (LiDAR) 2D, 3D

 

3 visions : 
Fichier joint  03-VisionI.pdf   4,1 Mo   4 téléchargement(s)

Fichier joint  03-VisionSupplement.pdf   602,83 Ko   2 téléchargement(s)

Fichier joint  03-VisionII.pdf   5,68 Mo   2 téléchargement(s)

Fichier joint  03-VisionIII.pdf   1,15 Mo   2 téléchargement(s)

 

4 statistiques : 
Fichier joint  04.StatistiquesProbaBayesI.pdf   1,45 Mo   2 téléchargement(s)

Fichier joint  04.StatistiquesProbaBayesII.pdf   1,45 Mo   2 téléchargement(s)

Fichier joint  Chapter7_SumOfProbabilities.pdf   255,29 Ko   2 téléchargement(s)

 

5 locomotion : 
Fichier joint  05-LocomotionI.pdf   1,55 Mo   4 téléchargement(s)

Fichier joint  05-LocomotionII.pdf   2,27 Mo   5 téléchargement(s)

 

 

7 état filtre de kalman
Fichier joint  07-EstimationEtat-A.pdf   2,3 Mo   2 téléchargement(s)

Fichier joint  07-EstimationEtatB.pdf   1,45 Mo   2 téléchargement(s)

Fichier joint  kalman_intro.pdf   173,37 Ko   2 téléchargement(s)

Fichier joint  ExemplesKalman.01.pdf   425,73 Ko   3 téléchargement(s)

Fichier joint  ExemplesKalmanDoc.zip   3,51 Ko   1 téléchargement(s)

Fichier joint  codeKalman.zip   3,58 Ko   1 téléchargement(s)

 

8 filtres à particules 

Fichier joint  08-FiltreParticule-A.pdf   1,77 Mo   1 téléchargement(s)

Fichier joint  08-FiltreParticuleICP-B.pdf   2,79 Mo   1 téléchargement(s)

Fichier joint  FiltreParticules.zip   6,44 Ko   1 téléchargement(s)

Fichier joint  ExempleCarteGPS.zip   40,04 Ko   1 téléchargement(s)

 

 

9 Slam

Fichier joint  09-SLAM.pdf   2,5 Mo   2 téléchargement(s)

Fichier joint  FastSLAM.zip   6,33 Ko   1 téléchargement(s)

Fichier joint  EKFSlam.2.zip   44,94 Ko   1 téléchargement(s)

 

10 Cartographie 

Fichier joint  10-Carte.pdf   1,99 Mo   1 téléchargement(s)

 

 

Fichier(s) joint(s)


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Posté 14 juillet 2019 - 04:50

Cours  de Robotique mobile de Bernard BAYLE  de Télécom Physique Strasbourg ´ Universite de Strasbourg ´ 

Fichier joint  3a_robmob_poly.pdf   3,28 Mo   4 téléchargement(s)

 

 

Table des matières du cours : 
 
1 Introduction 1
1.1 Présentation des robots mobiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Problèmes en robotique mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Objectifs du cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
 
2 Modélisation 5
2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Roulement sans glissement et contraintes non holonômes . . . . . . . . 6
2.2.1 Roulement sans glissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.2 Contraintes non holonômes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Les grandes classes de robots mobiles et leurs modèles . . . . . . . . . 9
2.3.1 Disposition des roues et centre instantané de rotation . . . . . . 9
2.3.2 Robots mobiles de type unicycle . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.3 Robots mobiles omnidirectionnels . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4 Propriétés du modèle cinématique d’un robot . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.1 Représentation d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.2 Commandabilité des robots mobiles à roues . . . . . . . . . . . 19
 
3 Perception 21
3.1 Capteurs en robotique mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.1 Mesure de la rotation des roues . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.2 Mesure d’orientation et de position . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.3 Mesure de proximité et de distance . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.4 Vision par ordinateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Odométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Télémétrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.3 Localisation multicapteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3 Construction de carte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.1 Cartes géométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.2 Cartes topologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4 Localisation et cartographie simultanées (SLAM) . . . . . . . . . . . . 43
 
4 Navigation 45
4.1 Problématiques et approches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 Planification de chemin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2.2 Espace des configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.3 Décomposition en cellules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.4 Méthode du potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.5 Roadmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3 Exécution du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.1 Les différents problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.2 Suivi de chemin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.3 Stabilisation de mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
 
Index 65
Bibliographie 70

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#4 pmdd

pmdd

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Posté 17 juillet 2019 - 12:22

J'ai trouvé ça par hasard, je partage:

 

UFR des Sciences, Département EEA M2 EEAII Parcours ViRob, Fabio MORBIDI Laboratoire MIS Équipe Perception et Robotique

 

 

Fichier joint  PARM_RobMob3_Loco.pdf   15,25 Mo   3 téléchargement(s)


Découpeur de gâteau, ouvreur de yaourt, allumeur de bougies, la collection complète de pmdd !






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