Commande et navigation visuelle d'un robot mobile à roues

Abstract

Ce mémoire de magister traite la problématique de la commande par vision d'un robot mobile à roues non holonome, où nous avons choisi deux types de tâches, le suivi d'une ligne tracée sur le sol, et la navigation avec évitement d'obstacles. Pour ce faire, nous avons considéré un système dans lequel une caméra est positionnée à l'avant du robot et pointant vers le sol tout en permettant un champ de vision acceptable. Dans un premier lieu, nous nous sommes intéressés au problème de la commande, pour lequel nous avons présenté et simulé des techniques appartenant à deux stratégies différentes, à savoir, la poursuite de trajectoire et le suivi de chemins. S'agissant de la poursuite de trajectoire, nous avons proposé trois méthodes. La première est la linéarisation par bouclage dynamique, qui a permis d'obtenir une linéarisation exacte ainsi qu'un découplage du système qui peut être désormais commandé par un simple proportionnel dérivé. La deuxième méthode est la commande par retour d'état non linéaire non stationnaire, dans laquelle nous avons présenté deux techniques, une basée sur la stabilité au sens de Lyapunov, l'autre exploite la propriété de stabilité des systèmes en cascade. Dans la troisième et dernière méthode nous avons utilisé une commande avec observateur d'orientation du robot. S'agissant du suivi de chemin, nous avons proposé une technique de commande non linéaire semblable à cette développée dans le cadre de la poursuite, où le robot, animé d'une vitesse linéaire donnée, suit un repère mobile situé sur le chemin. Pour la partie applicative, on a choisit la technique par suivi de chemin puisqu'elle correspond le mieux à notre contexte. Par ailleurs, dans le cadre de ce travail, la vision a été utilisée, en se basant essentiellement sur les techniques de traitement d'images, pour l'extraction ou le calcul de la trajectoire qui correspond à l'objectif visé. Dans le cas du suivi de ligne, il s'agissait de détecter et d'extraire dans le plan image la ligne à suivre, puis à transformer le résultat vers l'espace cartésien. Pour ce qui est de la deuxième application, le robot étant amené à naviguer tout en évitant les éventuels obstacles, il a été question de construire un modèle de l'environnement dans lequel on distingue les obstacles de la région navigable. A partir de ce point on a procédé à la planification d'une trajectoire via la méthode des champs de potentiel. Etant donné la trajectoire de référence, nous avons appliqué au robot la technique de commande choisie, qui a donné des résultats satisfaisants, comme démontré par simulations.