Chapitre n°1: Robotique PFD Yagoub brahim- Nani zakaria

I.1.INTRODUCTION

  La robotique mobile est la science de la conception et la construction des robots mobiles. Elle met en jeu plusieurs branches : électromécanique, électronique, cybernétique (l’automatique) et l’informatique. Un autre terme est parfois rencontré la mécatronique. L’intérêt  indéniable  de  la  robotique  mobile  est  d’avoir  permis d’augmenter   considérablement   les   connaissances   sur   la   localisation   et   la navigation des robots mobiles autonomes c’est-à-dire l’automatisation des machines.

            Dans ce chapitre, on présente un aperçu sur le domaine de la robotique mobile pour examiner en bref les différentes parties constitutives d’un robot mobile, leur classification et les capteurs utilisés.

I.2.DEFINITION ET CLASSIFICATION :

I.2.1.définition :

Le mot « robot » tire sa racine du bulgare robu qui signifie « serviteur », entre autres, au russe rabota signifie « travail » et au tchèque robota qui se traduit par « travail forcé ». C’est justement l’écrivain tchèque Karel Capek qui a popularisé le terme vers 1920, au travers d’une pièce de théâtre intitulée « Rossum’s Universal Robots »[1].

Généralement, on peut définir un robot mobile comme étant une machine équipée de capacités de perception, de décision et d’action qui lui permettent d’agir de manière autonome dans son environnement en fonction de la perception qu’il en a. [2]

 Particulièrement l’appellation « robot mobile » désigne une machine capable de naviguer de manière autonome dans un environnement complexe, parfois évolutif, partiellement connu ou inconnu, et d’exécuter les tâches programmées sans intervention humaine ou avec une intervention réduite [3].

I.2.2.Classification :

En effet, une classification, c’est-à-dire un groupement en sous-ensembles homogènes, s’effectue à partir de conditions satisfaites pour certains sous-ensembles et non par d’autres. Ces conditions peuvent impliquer des propriétés, des critères, des paramètres, des grandeurs quantitatives ou qualitatives [1].

 On a représenté quelques sous-ensembles importants. Si cette importance devient le premier facteur à considérer dans une application, chaque sous-ensemble doté de ses attributs peut devenir un mode de classification. On a vu que, pour l’instant, seules la structure mécanique et le type commande ont entraîné une classification, mais le poids du robot, la charge utile transportée, la vitesse et la précision, le système perceptif, etc., peuvent très bien être choisis comme critères de sélection donc de classification.

a.         Classification selon la structure mécanique [4] :

1.     Mobiles à roues :

Les mobiles à roues sont les plus répandus actuellement pour des raisons de simplicité de conception et de commande. Les mécanismes sont conçus avec des roues ayant plusieurs fonctions : roues motrices, roues directrices, roues motrices-directrices, roues libres, roues folles. Les différentes combinaisons des roues assurent une diversité des commandes de la locomotion.

La plupart des combinaisons entraîne un déplacement contraint : la non-holonomie. Cette caractéristique impose un déplacement uniquement selon la tangente au mouvement des roues. Certaines configurations des roues associées à des structures mécaniques particulières permettent de s’affranchir de ce problème.

1.     Mobiles à chenilles

Les chenilles assurent à un mobile une meilleure adhérence au sol. Elles sont employées lorsque le sol est perturbé, essentiellement en environnement extérieur. La commande est réalisée en imposant une différence de vitesse aux chenilles droites et gauches [4].

1.     Mobiles à pattes

Les structures précédentes ne sont plus adaptées dans les cas d’applications sur des terrains avec de grandes différences d’amplitudes où il est nécessaire de choisir les points d’appuis. La solution consiste à discrétiser les points de contact entre le mobile et le sol par des pattes, à l’image des animaux terrestres, qui pour la majorité, disposent de deux, quatre, six, voire plus de points d’appuis. La conception et la commande de tels mécanismes sont complexes.

a.            classification selon la structure de commande (niveau d’automatisation) :

1.     Téléguidage :

 L’homme va commander directement, par l’intermédiaire d’un ou deux mini manches (joysticks) les tensions d’entrée des moteurs de la machine. En pratique, cette opération ne peut se faire qu’à vue et requiert un opérateur très entraîné.

1.     Télécommande :

L’opérateur envoi des consignes. Comme dans le cas du téléguidage, cette façon de faire n’est possible qu’à vue, car dans ce cas, le retour d’informations est très faible.

2.     Téléopération :

Permettant de s’affranchir la contrainte d’opérer à vue directe, car l’opérateur reçoit des informations à la fois sur le comportement interne de la machine et sur le couplage entre celle-ci et son environnement (informations visuelles). On envoie au machine des commandes directes sur les actionneurs ou des consignes. Il faut noter que la téléopération au sens strict n’est possible que si l’on peut établir une liaison informationnelle bidirectionnelle continue entre l’opérateur et la machine. Toute perte de cette liaison entraîne l’interruption de la commande.

3.     Selon l’autonomie :

     Nous définissons un robot mobile autonome comme étant un système automoteur, disposant de moyens de traitement de l’information permettant une capacité décisionnelle suffisante et de moyens matériels adaptés, de façon à pouvoir exécuter, sous contrôle humain réduit, un certain nombre de tâches précises, dans un environnement variable, non complètement connu à l’avance. [5]

 La commande de la machine se fait par des ordres synthétiques de haut niveau : « aller réparer la machine M_i de l’atelier A_j », mais peuvent être plus simples comme : « aller de P₀ à P₁ ». Il n’y a donc pas besoin de la communication continue entre le robot et l’opérateur, il faut que le robot doit disposer par des capacités de perception de l’environnement et de moyens de traitement adaptées.

Niveau d’automatisation
Niveau d’intervention de l’opérateur humain		Type de commande	Type de système
Planification des tâches		Stratégie	robot
Ordonnancement		Tactique	Téléopération
Conduit (optimisation)		Conduite	Télécommande
asservissement		Réflexe	téléguidage

Niveau de commande	Type de mission assignée par l’opérateur humain	Fonction associée
Stratégie (Robot)	Aller effectuer l’opération Oi sur la machine Mj de l’atelier Ak	Décomposition en sous missions Exemple : 1)         Aller jusqu’à l’entrée de Ak 2)         Aller de l’enrée de Ak jusqu’à Mj 3)         Effectuer l’opération Oi proprement dite
Tactique (télé opération)	Aller jusqu’à l’entrée de l’atelier Ak	Calcule de chemins Exemple : 1)         Aller de P1 àP2 (vitesse V01 , V1 , V02) 2)         Aller de P2 àP3 (vitesse V02 , V2 , V03) Etc
Conduite (télécommande)	Aller de P1 àP2 (vitesse V01 , V1 , V02)	Calcul de séquence ment Exemple : 1)         Initialiser le robot 2)         Calcul de trajectoire 3)         démarrer
Réflexe (téléguidage)	Initialisation	Tâches élémentaires Exemple : Test « paré »

I.3.LOCALISATION :

I.3.1.Système de localisation [3].

          C’est l’ensemble constitué par les capteurs et les logiciels de traitement de données utilisé par le robot pour estimer de manière autonome son déplacement ou sa situation dans l’espace. Classiquement, on distingue deux types de solutions :

1-   la localisation relative qui permet au véhicule de naviguer à l’estime («dead reckoning») en utilisant uniquement les mesures de ses mouvements propres délivrées par les capteurs proprioceptifs.

2-   la localisation absolue qui fait appel aux mesures des capteurs extéroceptifs pour estimer la situation du véhicule dans un repère lié à l’environnement.

I.3.2.Localisation absolue

          La localisation absolue fait appel à deux types de capteurs. Les premiers sont utilisés pour détecter des balises artificielles actives ou passives installées en des points connus de l’espace et pour mesurer la position de ces balises dans leur propre référentiel [3].

Ils fournissent :

·                 Une mesure d’angle de gisement (goniomètres)

·                 Une mesure de distance (télémètres).

On trouve essentiellement dans cette catégorie :

·                 Les systèmes GPS

·                 Les détecteurs de balises artificielles.

La deuxième catégorie regroupe les capteurs permettant d’acquérir des mesures sur l’environnement qu’il contourne. Ils diffèrent par leur principe, par la nature des signaux qu’ils émettent (acoustiques, optiques…), ou encore par la quantité (capteurs ponctuels, linéaires, matriciels…) et le type d’informations qu’ils délivrent. Nous citons par exemples :

·  Les télémètres à temps de vol.

·  Les télémètres à déphasage.

·  Les capteurs à triangulation.

·  Les caméras.