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École Polytechnique de Montréal Département de génie électrique ELE3100 - Projets de génie électrique Robotique et informatique Cours no. 4: Systèmes de.

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1 École Polytechnique de Montréal Département de génie électrique ELE Projets de génie électrique Robotique et informatique Cours no. 4: Systèmes de perception pour robots mobiles Coordonnateur: Réjean Plamondon, ing. Ph.D., professeur titulaire Département de génie électrique, section génie biomédical (A ) Courriel: Chargé de cours et de laboratoire: Julien Beaudry, étudiant M.Sc.A. (A.321) Courriel: Chargé de laboratoire: Moussa Djioua, étudiant Ph.D. (A.408) Courriel:

2 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Plan du cours 2 Problématique Classification des capteurs Capteurs usuels Cas particulier: vision artificielle Capteurs redondants et fusion dinformation Interfaces avec ordinateur de bord

3 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 3 Rôle du système de perception au sein du logiciel de contrôle du robot:

4 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 4 Rôle du système de perception au sein du logiciel de contrôle du robot: Donner au robot une représentation adéquate des informations lui permettant daccomplir son travail. Ce système doit utiliser des capteurs capables de mesurer certaines informations propres au robot ainsi que certaines caractéristiques de lenvironnement.

5 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 5 Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer?

6 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 6 Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer? Létat de divers systèmes (ex.: tension des batteries, position, vitesse de ses roues)

7 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 7 Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer? Létat de divers systèmes (ex.: tension des batteries, position, vitesse de ses roues) Son état dans lenvironnement (ex.:position, vitesse de son centre de masse ou de son effecteur)

8 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 8 Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer? Létat de divers systèmes (ex.: tension des batteries, position, vitesse de ses roues) Son état dans lenvironnement (ex.:position, vitesse de son centre de masse ou de son effecteur) Létat de lenvironnement (ex.: position de balises, position et dimension dobstacles, relief du terrain)

9 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 9 J.S. Albus, « Outline for a Theory of Intelligence », IEEE SMC, vol. 21(3), pp , 1991.

10 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 10 J.S. Albus, « Outline for a Theory of Intelligence », IEEE SMC, vol. 21(3), pp , Logiciel de contrôle

11 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Problématique 11 J.S. Albus, « Outline for a Theory of Intelligence », IEEE SMC, vol. 21(3), pp , Logiciel de contrôle Système de perception

12 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Classification des capteurs 12 Il existe 2 grandes catégories de capteurs:

13 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Classification des capteurs 13 Il existe 2 grandes catégories de capteurs: Capteurs proprioceptifs: capteurs capables de mesurer des informations propres (internes) au robot. Grâce à ces capteurs, le robot peut déterminer létat de certaines de ses composantes (batteries, actuateurs, etc.). Il peut possiblement en déduire son état dans lenvironnement.

14 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Classification des capteurs 14 Il existe 2 grandes catégories de capteurs: Capteurs proprioceptifs: capteurs capables de mesurer des informations propres (internes) au robot. Grâce à ces capteurs, le robot peut déterminer létat de certaines de ses composantes (batteries, actuateurs, etc.). Il peut possiblement en déduire son état dans lenvironnement. Capteurs extéroceptifs: capteurs capables de mesurer des informations provenant de lenvironnement (mesures externes). Il permettent au robot de modéliser son environnement extérieur.

15 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs usuels 15 Mesure de position/vitesse angulaire Le dispositif le plus utilisé est lencodeur optique. Lidée est dutiliser un disque troué, une source lumineuse et un capteur optique pour générer un signal numérique lors de la rotation de laxe rotatif.

16 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 16 Mesure de position/vitesse angulaire Le dispositif le plus utilisé est lencodeur optique. Lidée est dutiliser un disque troué, une source lumineuse et un capteur optique pour générer un signal numérique lors de la rotation de laxe rotatif. Capteurs usuels

17 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 17 Mesure de position/vitesse angulaire Le dispositif le plus utilisé est lencodeur optique. Lidée est dutiliser un disque troué, une source lumineuse et un capteur optique pour générer un signal numérique lors de la rotation de laxe rotatif. Il existe principalement deux types dencodeurs optiques : Encodeur optique absolu Encodeur optique incrémental Capteurs usuels

18 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 18 Encodeur optique absolu : Il discrétise laxe de rotation en un nombre N de positions et retourne une valeur binaire unique pour chacune des positions. La position est alors représentée par un nombre n de bits où N=2 n. Ces bits peuvent être lus de façon parallèle. Cet encodeur a lavantage de demander peu de conversion pour obtenir lorientation actuelle de laxe et de ne pas dériver au niveau de la position angulaire (doù le terme absolu), mais il demande plus de câblage puisque la lecture se fait en parallèle. Capteurs usuels

19 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 19 Encodeur optique absolu, signaux générés : Disque dun encodeur 8 bits Source: BEI (http://www.beiied.com)http://www.beiied.com Capteurs usuels

20 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 20 Encodeur optique incrémental : Il envoit de façon sérielle des bits 0 et 1 pour indiquer la rotation de laxe. Il est alors nécessaire dutiliser des compteurs suffisamment rapides pour lire ces variations de position et mesurer le déplacement angulaire dans un intervalle donné. La quadrature de phase permet de mesurer le sens de rotation et daugmenter la précision de lencodeur (par un facteur 4). Cet encodeur a lavantage de donner directement le déplacement de laxe (facilite le calcul de vitesse) et demande peu de câblage. Par contre, la mesure dorientation nest pas directe et peut occasionner une dérive, doù lutilité dun bit INDEX pour signaler un tour complet de laxe. Capteurs usuels

21 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 21 Encodeur optique incrémental, signaux générés : Source: National Instruments (http://zone.ni.com/devzone/conceptd.nsf/webmain/)http://zone.ni.com/devzone/conceptd.nsf/webmain/ Principe de fonctionnement Grâce à la quadrature de phase, 4 fois plus de précision Capteurs usuels

22 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 22 Mesure de position/vitesse angulaire Il existe quelques autres dispositifs : Potentiomètre (résistance variable): la valeur de la résistance permet de déterminer la position angulaire grâce à un CAN. Solution économique mais précision moyenne. Tachymètre: génération dun signal analogique ou numérique en fonction de la vitesse angulaire. La majorité des circuits de contrôle de moteurs DC fonctionnent avec des encodeurs optiques. Capteurs usuels

23 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 23 Mesure de position linéaire: Utilisation de capteurs de rotation grâce à un lien mécanique. Traduction du mouvement rotatif mesuré en mouvement linéaire. Exemple: Source: BEI (http://www.beiied.com)http://www.beiied.com Capteurs usuels

24 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 24 Capteurs inertiels: Les capteurs inertiels cherchent à mesurer les accélérations, linéaires et/ou angulaires, du véhicule en mouvement. Capteurs usuels

25 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 25 Capteurs inertiels: Accéléromètres: mesure des accélérations linéaires du repère mobile, généralement grâce à un système micro électromécanique (MEMS). Capteurs usuels

26 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 26 Exemples daccéléromètres: ADXL202 de National Instruments (http://www.analog.com/)ADXL202http://www.analog.com/ Capteurs usuels

27 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 27 Exemples daccéléromètres: ADXL202 de National Instruments (http://www.analog.com/):ADXL202http://www.analog.com/ Mesure des accélérations selon 2 axes (X et Y) Bon marché (moins de 10$US par circuit) Caractéristiques intéressantes pour le prix: (voir fiche technique)voir fiche technique Pratique pour mesurer des collisions sur des véhicules mobiles Peu approprié pour du positionnement (trop de bruit) Fabricant daccéléromètres : INTERTECHNOLOGY, (http://www.intertechnology.com/Kistler/indexAcceleration.htm)http://www.intertechnology.com/Kistler/indexAcceleration.htm Capteurs usuels

28 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 28 Utilisation des accéléromètres: Attention à la largeur de bande du capteur (mesure de vibrations?) Attention à lemplacement p.r. au repère mobile: Capteurs usuels

29 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 29 Utilisation des accéléromètres: Attention à la largeur de bande du capteur (mesure de vibrations?) Attention à lemplacement p.r. au repère mobile: xmxm ymym accéléromètre X-Y rara θ AmAm αmαm Mesures du capteur: Accélérations linéaires: doit être connu Capteurs usuels

30 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 30 Capteurs inertiels: Gyroscopes: mesure des vitesses angulaires. Capteurs usuels Peuvent être mécaniques en utilisant le principe dune toupie : Peuvent être optiques en utilisant le principe de Sagnac: Exemple: DSP-5000 de KVH, Exemple: GG2479 de Honeywell,

31 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 31 Capteurs inertiels: Inclinomètres: mesure de linclinaison p.r. à lhorizontale, généralement grâce à une masse en mouvement. Ils sont généralement influencés par laccélération du repère mobile (compensation possible en environnement dynamique). Capteurs usuels

32 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 32 Capteurs inertiels: Inclinomètres: mesure de linclinaison p.r. à lhorizontale, généralement grâce à une masse en mouvement. Ils sont généralement influencés par laccélération du repère mobile (compensation possible en environnement dynamique). Capteurs usuels Exemple: CXTILT02 de Crossbow,

33 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 33 Capteurs inertiels: Centrale inertielle (Inertial Measurement Unit, IMU): combinaison de plusieurs capteurs inertiels pour donner les déplacements tri-dimensionnels dun véhicule en mouvement. Capteurs usuels

34 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 34 Capteurs inertiels: Centrale inertielle (Inertial Measurement Unit, IMU): combinaison de plusieurs capteurs inertiels pour donner les déplacements tri-dimensionnels dun véhicule en mouvement. Capteurs usuels Exemple: DQI de BEI Technologies,

35 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 35 Capteurs inertiels: Il est possible dobtenir les positions et vitesses dun véhicule par lintégration des mesures des capteurs inertiels Mais attention à la dérive des mesures, il est nécessaire de corriger par capteur absolu. Capteurs usuels Exemple Matlab de positionnement avec accéléromètre

36 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 36 Capteurs de force/pression: Les capteurs de force peuvent être utiles pour manipuler des objets à laide dun bras robotisé (mesure de contact, contrôle en force, limites de sécurité, etc.) Ils existent sous différentes technologies, voici un exemple utilisant des résistances piézoélectriques: Capteurs usuels

37 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 37 Capteurs de force/pression: Les capteurs de force peuvent être utiles pour manipuler des objets à laide dun bras robotisé (mesure de contact, contrôle en force, limites de sécurité, etc.) Ils existent sous différentes technologies, voici un exemple utilisant des résistances piézoélectriques: Capteurs usuels Exemple: capteurs de force de Honeywell,

38 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 38 Capteurs de contact: Capteurs donnant un signal binaire (interrupteurs) lors dun contact physique. Ils sont faciles à interfacer et peuvent aider à la navigation sécuritaire dun robot. Capteurs usuels Ils peuvent également être regroupés sous forme de pare-chocs instrumenté. Exemple: interrupteurs de contact de Omron,

39 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 39 Système de positionnement global GPS: permet dobtenir la position en longitude et latitude sur le globe. Précision de plusieurs mètres si utilisé de façon conventionnelle Utilisation du GPS différentiel pour améliorer la précision. Possibilité datteindre des précisions de quelques centimètres. Capteurs usuels Référence web:

40 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 40 Capteurs à ultrasons (sonar): capteurs combinant un émetteur et un récepteur à ultrasons. Le temps de transport de londe permet de déterminer la distance relative dobjets extérieurs. Capteurs usuels

41 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 41 Capteurs à ultrasons (sonar): capteurs combinant un émetteur et un récepteur à ultrasons. Le temps de transport de londe permet de déterminer la distance relative dobjets extérieurs. Capteurs usuels Exemple: Nomadic Sensus 200

42 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 42 Capteurs laser (laser rangefinders): Utilisation semblable à un capteur à ultrasons. Mesure de distance en mesurant le temps de transport du signal laser ou son déphasage à la réception. Précision de lordre de quelques mm. Capteurs usuels

43 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 43 Capteurs laser (laser rangefinders): Utilisation semblable à un capteur à ultrasons. Mesure de distance en mesurant le temps de transport du signal laser ou son déphasage à la réception. Précision de lordre de quelques mm. Capteurs usuels Exemple: SICK LMS200,

44 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles 44 Autres types de capteurs: Capteurs de lumière: capteurs infra-rouges, photorésistances, phototransistors, cellules photoélectriques Capteurs sonores: microphones Capteurs de températures Capteurs olfactifs Capteurs usuels

45 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 45 Concept de base Tout comme pour lêtre humain, la vision dun robot est de loin son « sens » le plus complexe. Mais cest également le plus puissant puisquil permet dobtenir une quantité impressionnante dinformation provenant de son environnement.

46 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 46 Concept de base Tout comme pour lêtre humain, la vision dun robot est de loin son « sens » le plus complexe. Mais cest également le plus puissant puisquil permet dobtenir une quantité impressionnante dinformation provenant de son environnement. Au sein dun robot, lobjectif de la vision artificielle est dacquérir une certaine information visuelle de lenvironnement, et de la traiter adéquatement de façon à mettre en forme une représentation adéquate de ce dernier.

47 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 47 Principales utilités dun système de vision au sein dun robot mobile: Reconnaître le terrain (relief, obstacles, etc.) Recherche de balises et positionnement par rapport à un référentiel absolu Reconnaissance dobjets mobiles (caractéristiques, positionnement relatif, etc.) Traitement dinformation visuelle abstraite (symboles écrits, expressions visuelles, etc.)

48 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 48 Comment développer un tel système??? Quel type de lentille utiliser? Mon image sera-t-elle déformée? Quel type de caméra utiliser? Combien de fps vais-je obtenir? Quest-ce que la vision stéréo? Est-ce nécessaire? Vision couleur ou noir et blanc? Comment je traite mon image une fois numérisée?

49 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 49 Principaux types de caméras: Caméras analogiques: caméras avec capteur CCD de dimension variable retournant un signal analogique selon les standards NTSC, PAL ou SECAM (explications : ) Environ 30 fps Signaux sur câbles conventionnels (composite, coaxial ou RGB) Besoin dune carte dacquisition pour lire et numériser limage

50 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 50 Caméras analogiques, exemples de fabricants Caméras: PULNIX (http://www.pulnix.com)http://www.pulnix.com Cartes dacquisition: Matrox (http://www.matrox.com/imaging/)http://www.matrox.com/imaging/ Caméra couleur analogique Acquisition couleur, format PC/104+

51 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 51 Principaux types de caméras: Caméras numériques: caméras avec capteur CCD offrant un signal numérique en sortie Pas dentrelacement comme pour caméras analogiques Possibilité de qualité dimage et de fps élévés Interfaces numériques standardisées (parallèle: LVDS ou série: CameraLink, FireWire) Besoin dune carte dacquisition pour lire image numérisée

52 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 52 Caméras numériques, exemples de fabricants Caméras: PULNIX (http://www.pulnix.com)http://www.pulnix.com Cartes dacquisition: Coreco (http://www.imaging.com)http://www.imaging.com Exemple: TMC6700, caméra couleur numérique, format LVDS ou Camera Link, 60fps (http://www.pulnix.com/Imaging/Released/c-c6700.html)http://www.pulnix.com/Imaging/Released/c-c6700.html Exemple: PC-CamLink, lecture de caméras numériques selon le format Camera Link, transfert direct en mémoire (DMA) à 120Mo/s, possibilités de traitement sur carte (LUT)

53 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 53 Principaux types de caméras: Caméras USB: caméras avec capteur CCD offrant un signal numérique sur le bus USB en version USB 1.1 (12Mb/s), permettent environ 15fps maximum en couleur pas besoin de cartes dacquisition solution bon marché à performances moyennes avec larrivée du USB 2.0 (480Mb/s), performances beaucoup plus intéressantes Exemple de caméra: Logitech QuickCam Pro 4000Logitech QuickCam Pro 4000

54 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 54 Quelques configurations possibles: Caméra unique Caméras stéréoscopiques Caméras omnidirectionnelles Possibilité dutiliser ces configurations en combinaisons pour combiner leurs avantages

55 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 55 Quelques configurations possibles: Caméra unique: champ de vision restreint, possibilité dorienter la caméra Chien AIBO: Champions RoboCup: Vision and Mobile Robotics Lab, CMU:

56 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 56 Quelques configurations possibles: Vision stéréoscopique : reconstruction tridimensionnelle dune scène à partir dimages planaires provenant de deux caméras

57 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 57 Quelques configurations possibles: Vision stéréoscopique : reconstruction tridimensionnelle dune scène à partir dimages planaires provenant de deux caméras Robot humanoïde COG du MIT:

58 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 58 Quelques configurations possibles: Vision stéréoscopique : reconstruction tridimensionnelle dune scène à partir dimages planaires provenant de deux caméras Robot humanoïde COG du MIT: Robots dexploration du Jet Propulsion Laboratory: Référence web:

59 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 59 Quelques configurations possibles: Caméra omnidirectionnelle : vision 360 o, souvent obtenue grâce à un miroir convexe (sphérique, conique, hyperboloïdal, parabolique)

60 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 60 Quelques configurations possibles: Caméra omnidirectionnelle : vision 360 o, souvent obtenue grâce à un miroir convexe (sphérique, conique, hyperboloïdal, parabolique) Projet VISTA à CMU:

61 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 61 Quelques configurations possibles: Caméra omnidirectionnelle : vision 360 o, souvent obtenue grâce à un miroir convexe (sphérique, conique, hyperboloïdal, parabolique) Projet VISTA à CMU: Projet Robofoot de Polytechnique: Référence web:

62 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 62 Quelques outils de développement: OpenCV: Open Souce Computer Vision Library, librairie C/C++ contenant une panoplie de méthodes usuelles en vision artificielle (http://www.intel.com/research/mrl/research/opencv/)http://www.intel.com/research/mrl/research/opencv/ CMVision: Color Machine Vision, librairie C contenant quelques éléments utiles pour vision couleur en temps réel (http://www-2.cs.cmu.edu/~jbruce/cmvision/)http://www-2.cs.cmu.edu/~jbruce/cmvision/

63 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 63 Quelques outils de développement: CVIPtools: librairie doutils utiles au développement dapplications en vision artificielle (méthodes usuelles, interfaces de commande, etc.) (http://www.ee.siue.edu/CVIPtools/)http://www.ee.siue.edu/CVIPtools/ Mathworks Image Acquisition Toolbox et Image Processing Toolbox: permettent dacquisitionner des images provenant dune caméra et de faire différents traitements au sein de lenvironnement Matlab (http://www.mathworks.com/products/imaq/) (http://www.mathworks.com/products/image/)http://www.mathworks.com/products/imaq/http://www.mathworks.com/products/image/

64 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 64 Quelques outils de développement: Certains fabricants de matériel de vision par ordinateur développent leurs propres librairies, souvent adaptées à leur propre matériel pour de meilleures performances. Ces librairies sont rarement gratuites. Exemple: Matrox Imaging Library: (http://www.matrox.com/imaging/products/mil/)http://www.matrox.com/imaging/products/mil/

65 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Vision artificielle 65 Références: B. Klaus, P. Horn. Robot Vision. The MIT Press, Boston, USA, R. C. Gonzalez. Digital Image Processing. Prentice Hall, New Jersey, USA, G. Dudek, M. Jenkin. Computational Principles of Mobile Robotics. Cambridge University Press. Cambridge, UK, CVonline: The Evolving, Distributed, Non-Proprietary, On- Line Compendium of Computer Vision.

66 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 66 La redondance peut permettre une meilleure précision en combinant les qualités de plusieurs types de capteurs.

67 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 67 La redondance peut permettre une meilleure précision en combinant les qualités de plusieurs types de capteurs. Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs sources dinformations, un estimé dont lerreur est inférieure à celle obtenue par une source unique.

68 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 68 La redondance peut permettre une meilleure précision en combinant les qualités de plusieurs types de capteurs. Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs sources dinformations, un estimé dont lerreur est inférieure à celle obtenue par une source unique. La fusion dinformation implique donc un certain filtrage des données provenant des différentes sources et un système déquations permettant de les combiner

69 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 69 La redondance peut permettre une meilleure précision en combinant les qualités de plusieurs types de capteurs. Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs sources dinformations, un estimé dont lerreur est inférieure à celle obtenue par une source unique. La fusion dinformation implique donc un certain filtrage des données provenant des différentes sources et un système déquations permettant de les combiner estimé filtre source1 sourceN...

70 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 70 La redondance peut permettre une meilleure précision en combinant les qualités de plusieurs types de capteurs. Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs sources dinformations, un estimé dont lerreur est inférieure à celle obtenue par une source unique. La fusion dinformation implique donc un certain filtrage des données provenant des différentes sources et un système déquations permettant de les combiner Le filtre de Kalman est une technique pouvant donner un estimé à erreur minimale estimé filtre source1 sourceN...

71 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 71 Quelques exemples de redondance Robot mobile: Position obtenue de lodométrie (encodeurs optiques) et dun système de positionnement p.r à un référentiel fixe (vision, GPS). fusion position odométrie gyro/boussole GPS vision

72 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 72 Quelques exemples de redondance Véhicule aérien: Position obtenue dun système GPS et dune centrale inertielle. fusion position, orientation GPS IMU (centrale inertielle)

73 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 73 Quelques exemples de redondance Véhicule sous-marin: Position obtenue dun système à ultrasons (exemple: et dune centrale inertielle. fusion position, orientation ultrasons IMU (centrale inertielle)

74 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 74 Filtre de Kalman: un aperçu Ensemble déquations mathématiques offrant une méthode numérique efficace (récursive) de la méthode des moindres carrés ( Ce filtre est intéressant pour donner un estimé de létat actuel du système en fusionnant divers capteurs Ces capteurs peuvent donner des informations différentes, avec des niveaux de bruit différents, et à des intervalles de temps différentes. Référence web:

75 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Capteurs redondants et fusion dinformation 75 Filtre de Kalman: un aperçu Source: G. Welch, G. Bishop. An Introduction to the Kalman Filter.

76 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Interfaces avec ordinateurs de bord 76 Pour un robot mobile, le système de perception se doit dêtre programmé sur lordinateur de bord. Cet ordinateur doit donc interfacer adéquatement les différents capteurs du robot. Différents types de capteurs = différents types dinterfaces.

77 ELE3100, Projets de génie électrique: systèmes de perception pour robots mobiles Interfaces avec ordinateurs de bord 77 Principales interfaces disponibles sur un ordinateur embarqué: Connection directe du capteur: CAN, I2C, RS232, RS422, RS485, USB, IEEE-1394 (FireWire), I2C, Ethernet, port parallèle Connection via une carte dentrées/sorties: bus PCI (PC/104+), bus ISA (PC/104) Référence web:


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