Stage « Quantification des incertitudes pour la planification de trajectoires et la commande collaborative de bras robotiques articulés »

Date limite de candidature : 18/02/2022
Date de début : 01/04/2022
Date de fin : 01/10/2022

Pôle : Automatique et systèmes
Type de poste : Stage
Contact : LHACHEMI Hugo (hugo.lhachemi@l2s.centralesupelec.fr)

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Titre du stage : Quantification des incertitudes pour la planification de trajectoires et la commande collaborative de bras robotiques articulés

 

Encadrants :

Résumé du sujet : Ce projet traite de la modélisation et de la génération de trajectoires pour un système de bras robotiques articulés (voir Figure 1) coopérant à la manipulation conjointe d’objets complexes. Après avoir élaboré un modèle du système, l’objectif sera d’analyser et de quantifier les sources d’incertitudes du système afin de les intégrer dans la problématique de planification des trajectoires des bras articulés.

 

Figure 1. a) Bras de robot Turtblebot ; b) Ensemble bras de robot et robot mobile Turtlebot Waffle Pi

Disciplines scientifiques concernées par le stage : robotique, systèmes multi-agents, planification de trajectoire, analyse d’incertitude d’un modèle mathématique, algorithmes de commande.

Description du stage : Les robots manipulateurs sont utilisés dans une grande variété de contextes industriels tels que des lignes de production automatisées, des télé-opérations, et plus récemment allant vers la fabrication intelligente à grande échelle dans le cadre de l’Industrie 4.0. L’accomplissement de tâches complexes peut nécessiter la coopération de plusieurs robots manipulateurs dans un environnement hautement contraint [1] et incertain. Ces tâches couvrent des problèmes de type rendez-vous, ainsi que de manipulation et de transport conjoint d’un objet unique par plusieurs robots manipulateurs. Ce projet s’inscrit donc dans le contexte global des algorithmes de commande de systèmes multi-agents en présence d’incertitudes et de contraintes.

Le développement de la plateforme se base principalement sur le matériel déjà disponible au sein du laboratoire (voir Figure 1) : deux bras de robots Turtlebot (Fig.1a) pouvant être montés soit sur des supports fixes, soit sur deux robots mobiles Turtlebot Waffle Pi (Fig.1b).

L’objectif du développement de la plateforme concerne la modélisation, l’analyse d’incertitudes et de sensibilité, ainsi que la commande du système de bras robotiques collaboratifs en utilisant par exemple des algorithmes de commande prédictive centralisées/décentralisées/distribuées. Le but est ainsi d’assurer un haut niveau de performance tout en garantissant la sécurité des objets manipulés et des robots manipulateurs dans un environnement hautement incertain et contraint. Un exemple typique est de réaliser des manœuvres en douceur afin d’éviter des obstacles lors de la manipulation conjointe d’un objet.

Le stage débutera par l’état de l’art et l’élaboration d’un modèle du système. La caractérisation et la quantification des incertitudes sera ensuite effectuée en combinant des méthodes numériques s’appuyant sur le modèle du système (analyse de sensibilité, méthodes de Monte-Carlo, etc.) ainsi que sur des résultats expérimentaux. Cette caractérisation des incertitudes sera ensuite intégrée au problème de génération de trajectoires pour les robots mobiles et les bras robotiques articulés, donnant lieu à un simulateur, ainsi qu’à une validation expérimentale. Finalement, et dépendamment de l’avancement du stage, l’objectif final pourra être de traiter du design d’algorithmes de commandes en tenant compte des éléments d’incertitudes précédemment identifiés, pour un bras de robot ou pour deux bras robotique collaboratifs.

Compétences requises : Ce sujet de stage requiert principalement des compétences en modélisation mathématique et des capacités d’abstraction et d’analyse.

Compétences acquises lors du stage : Le sujet proposé permettra l’acquisition de solides connaissances (à la fois théoriques et applicatives) en modélisation mathématique et analyse de systèmes complexes, en robotique et automatique, en particulier liées aux techniques de génération de trajectoire et quantification d’incertitudes.

 

[1] Verginis, C.K., Mastellaro, M., & Dimarogonas, D.V. (2019). Robust cooperative manipulation without force/torque measurements: Control design and experiments. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 28(3), 713-729.

[2] Karydis, K., & Hsieh, M. A. (2016). Uncertainty quantification for small robots using principal orthogonal decomposition. In International Symposium on Experimental Robotics, pp. 33-42, Springer, Cham.

[3] Clerentin, A., Delahoche, L., Brassart, E., & Izri, S. (2003). Imprecision and uncertainty quantification for the problem of mobile robot localization. In Performance Metrics for Intelligent Systems Workshop, Gaithersburg.

[4] Vieira, H. L., Fontes, J. V., Beck, A. T., & da Silva, M. M. (2019). Reliable and failure-free workspaces for motion planning algorithms for parallel manipulators under geometrical uncertainties. In Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 14(2).

 

Lieu de travail: L2S, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay

Adresse: 3 rue Joliot Curie, 91190 Gif-sur-Yvette, France

Contact: Hugo Lhachemi hugo.lhachemi@l2s.centralesupelec.fr Cristina Maniu cristina.stoica@l2s.centralesupelec.fr

Soumission: CV, lettre de motivation, contact de 2 référents à envoyer par e-mail à hugo.lhachemi@l2s.centralesupelec.fr avec l’objet « Candidature stage bras robotique L2S »

Informations générales: stage de 4 à 6 mois, à partir de mars ou avril 2022

Deadline: 18 Février, 2022