1- La définition de l’Autonomie en Robotique

Introduction :
Dans cette première partie nous allons définir ce qu’est l’autonomie en robotique.
L’autonomie en robotique ne peut pas se définir avec quelques mots ou avec une simple définition,
Car elle met en œuvre des facteurs et actions de Différentes natures. Nous avons tout d’abord utilisé nos connaissances personnelles sur le sujet, que nous avons agrémenté de réflexions personnelles, d’étude de cas et de recherches documentaires.

A) Connaissances et réflexions personnelles
Au début de nos recherches, nous avons défini une première idée généraliste, de ce qu’était un robot autonome. Celle-ci était celle d’un robot capable d’effectuer une suite d’actions dans un but défini ultérieurement.
Afin de réfléchir de manière progressive, nous avions décidé de partir d’une base neutre, dépouillée et imaginaire, comme une simple planche, à laquelle nous ajouterions les éléments et les idées que nous jugerions nécessaire à un robot dit autonome.
Schéma bilan de la réflexion :

Untitled (5)

B) Études de cas et recherches documentaires
Nous avons décidé d’approfondir ces premières hypothèses par des recherches et des études
de cas.
Note : Nous constatons que la robotique est une science en développement constant. De ce fait, il existe peu d’ouvrage concernant ce domaine surtout en langue française. Ainsi, en robotique la recherche de documentation se fait en grande partie par le biais d’une plate-forme plus mobile et apte à suivre les fluctuations de cette science, Internet. Malgré tout, les
documentations bibliographiques en robotique sont souvent, malgré leur complexité, des références de qualité. Ainsi la découverte du livre Petits robot mobiles de Frédéric
Giamarchi nous a permis de confirmer de nombreuses réflexions.
Une première recherche web avec les mots clé «Autonomie en robotique» nous a conduit aux réflexions suivantes :
«Si l’on veut que les robots au service des humains atteignent rapidement un certain seuil d’autonomie, les objets qui les entourent et la capacité de ceux-ci à se mouvoir ne sont pas à
négliger».
(cf : http://www.atelier.net/trends/articles/)
«En générale les robots dit autonomes sont capables de se déplacer dans des environnements inconnus en évitant les obstacles sur leur route».
(cf : Quand la linguistique affine les déplacements du robot)
En conclusion,

Untitled (6)

La seconde partie des recherches documentaires consiste en l’étude d’exemples et de cas concrets.

Études de cas
Étude de cas : robot I- cub
Sources: Vidéo «Icub,le robot qui apprend»,Youtube,universcience TV.
http://www.universcience.tv/video-icub-le-robot-qui-apprend-5812.html

ICUB

Icub est un petit robot humanoïde de la taille d’un enfant de 3 ans (voir photo ci-dessus). La programmation de ce robot est très spéciale car ses actions ne sont pas systématiquement
programmées.
Ainsi, au lieu de donner au robot les solutions à un problème ces chercheurs lui donnent les capacités de les trouver par lui même. Un mécanisme d’adaptation est, en faite, fourni au robot.
C’est la technique développementale.
Le robot est ainsi capable de s’adapter et de faire face à toute les nouvelles situations.
Selon ces chercheurs : «Libéré du contrôle humain, le robot acquiert enfin l’autonomie».

Étude de cas : Éviter un obstacle, le robot ArduTiger

Sources : http://www.alpha-crucis.com/fr/content/21-un-robot-qui-evite-les-obstacles

ARUTIGER

(La photo présente la version définitive du robot)

Concept : Le robot avance et un détecteur mesure la distance des obstacles situés devant. En dessous d’un certain seuil de proximité, le robot effectue une manœuvre d’évitement. Le robot est équipé de 3 télémètres infrarouge pour balayer les zones situées devant lui. Si un obstacle est
détecte par le capteur de gauche (ou de droite), le robot tourne à droite (ou respectivement à gauche). Si un obstacle est détecte par le capteur centrale, le robot fait demi-tour.
Observation : Le robot peut se coincer dans des angles en rebondissant sans fin d’un mur à l’autre ; le capteur de gauche détecte un obstacle obligeant le robot à tourner à gauche mais le capteur de droit détecte ensuite un obstacle obligeant le robot à tourner à droite et donc à revenir à son point de départ. De plus, les capteurs se touchent donc, suivant la  position des capteurs, un même obstacle peut générer soit un virage soit un demi-tour. Les télémètres infrarouge (capteurs) ont une zone morte. De ce fait le robot ne peut pas  remarquer les obstacles situés trop bas.
Modifications :
Voici les réponses apportées au problème détecté précédemment :
_ Les trois télémètres ont été installé en rétine (voir photo ci-dessous)

Capteur

_Ajout d’un bumper (détecteur de choc : voir photo ci-dessous).

BUMPEUR

Ajout de capteur permettant la vérification du sol.
_Amélioration des mesures grâce à la prise en compte de la position des capteurs.
Analyse et conclusion :
À partir de l’étude de ce cas concret nous avons aussi conclu au sujet de l’autonomie d’un robot mobile les points suivants :
→ Durant la conception et la fabrication, les capteurs et les éléments constitutifs d’un robot doivent
être ajoutés au fur et à mesure, en fonction des résultats obtenus. C’est une approche par essais-erreurs.
→ La position des capteurs peut-être prise en compte afin d’améliorer la détection des obstacles. Il faut prendre en compte le temps que met le servomoteur (cf : définition partie 2 nomenclature) à faire tourner les capteurs.
→ Il faut étudier l’effet d’une action demandée (ici la position des capteurs) sur les informations
reçues (ici les données renvoyées par les capteurs) pour mieux interpréter ces informations. Donc
l’effet d’une sortie (actions) sur une entrée (informations).
→ Il faut étudier les données reçues et les améliorer grâce à un traitement et à une interprétation
poussées.

Étude de cas: Les différant moteurs et les roues

sources : Petits robot mobiles-étude et construction,FRÉDÉRIC GIAMARCHI,éditions techniques et scientifiques française. Définitions : http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_pas_%C3%A0_pas et
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9ducteur_m%C3%A9canique

Il existe de nombreux types de moteurs électriques :
_Moteurs pas à pas (permet de transformer une impulsion électrique en un mouvement angulaire).
_Servomoteur
_Moteur C.C. (courant continu)
_Moto-réducteur (ensemble constitué d’un réducteur, qui a pour but de diminuer le rapport de vitesse ou/et d’augmenter le couple entre l’axe d’entrée et l’axe de sortie, déjà équipé  d’un moteur électrique et prêt à être monté tel-quel sur les installations). Après l’étude des différents moteurs, nous en avions conclu que les moteurs les plus appropriés pour les déplacements d’un petits robot sont les moteurs C.C. et les moto-réducteur car ils permettent de les faire tourner de façon continue et simple. De plus, les moteurs possédants des réducteurs (comme les moto-réducteurs) ont une vitesse de rotation plus faible au profit d’un couple ou d’un effort de rotation plus grand.
Cette observation a été confirmé par le livre de Frederic Giamarchi :
7
«les moteurs à courant continu sont les piliers de la robotique.[…]»(P.16, chapitre : La locomotion,
motorisation des roues)
De même, l’étude des différents moyens de locomotion pour un robot nous a conduit au
choix suivant → Des roues en plastiques de taille moyenne à la fois légères et résistantes.

ROUE

Selon, ce même livre :
« Les roues sont le moyen le plus utilisé pour les déplacements d’un robot mobile. Il s’agit d’un choix simple et qui a fait ses preuves ».(P.15,2.4 La locomotion,Les roues).

Étude de cas : Les capteurs de distances

Sources: http://wwwdfr.ensta.fr/Cours/docs/C10-2/chapitre4.pdf

Afin de pouvoir être autonome, un robot doit pouvoir prendre en compte son environnement.
Les capteurs permettent de traduire des informations du monde extérieur en différents types de
signaux électriques selon le modèles utilisés :
→ pulsations électriques
→ signal analogique/variation d’une tension
→ informations sous forme de signaux numériques
→ informations plus sophistiquées communiquées par USB ou port série qu’une carte de contrôle
pourrait interpréter.
L’un des capteurs essentiels en robotique est le capteur de distance ou télémètre.
Il existe 3 grandes familles de télémètres :

Les télémètres à ultrasons :
L’émetteur du capteur envoi des ultrasons qui vont percuter les objets aux alentours et revenir
vers le récepteur à ultrason. Connaissant la vitesse V du son dans l’air et en relevant le temps T mis
par les ondes émises pour faire un allez retour capteur/objet (l’écho) la carte de contrôle peut calculer la distance D de l’objet par la relation :
D = (V*T) / 2
Inconvénients:
_Angle de détection trop grand pour des espaces confinés
_Mauvaise précision pour des capteurs à bas prix
_Complexité de la détection des distances (il faut déclencher l’émission des ultrasons à un moment précis et réaliser de nombreux calcules)

Les télémètres infrarouges :
Des radiations I.R sont émises et une bande de récepteur permet de calculer l’angle de réflexion. La distance de l’objet est ainsi déterminée par trigonométrie.

CAPTEUR SCHEMA

Inconvénient :
_Angles très aigus ,environ 5°.
Avantages :
_Simple
_Peu cher
_Assez précis
Télémètres Laser :
Le télémètre est très peu abordable, mais d’une précision poussée. Il permet des mesures de pointe mais celui-ci qui sort du cadre de nos recherches.
Suite à cette étude il apparaissait clairement que les capteurs de distance appropriés à un robot mobile de petite taille (petites distances et petits prix) étaient les télémètres infrarouges puisque l’utilisation d’un balayage grâce à des servomoteur permettrait de palier au problème et de la trop faible directivité (capacité d’un émetteur ou d’un récepteur à exercer sa fonction suivant une ou plusieurs directions).

C) Déduction de la définition :
Afin de permettre à un robot d’acquérir une forme d’autonomie, certaines parties de sa conception et certaines idées ne sont pas à négliger. Ainsi, durant la première phase de conception, assez théorique, l’existence de deux grandes fonctions d’un robot mobile apparaît : la perception et la locomotion.
La locomotion induit les idées suivantes : le développement de la capacité à se mouvoir et à éviter, d’un point de vue technique, les obstacles sur la route du robot. Cette capacité est améliorée par le choix d’un moyen de locomotion et de motorisation adaptés et justifiés. Ainsi, le dimensionnement de ces caractéristiques (taille des roues, type de moteur, couple et vitesse du moteur) doivent être choisi en fonction des dimensions du robot, afin de garantir l’autonomie du déplacement, d’un point de vue mécanique.
La perception induit l’idée de développement de la prise en compte de l’environnement et donc sa compréhension. L’accent doit ainsi être mis sur l’amélioration de cette perception par un choix et un positionnement des capteurs (de distance, de contact…) réfléchis, ainsi qu’une prise en compte de la situation du robot lors des mesures et un traitement des ces mesures.
Enfin, une meilleure compréhension de l’environnement peut être permise en mêlant les deux fonctions : locomotion et perception, c’est à dire, prendre en compte l’effet de la locomotion sur la perception afin d’améliorer cette dernière.
Il faut donc faire en sorte d’allier une perception précise du monde extérieur à une locomotion efficace et contrôlée, afin de se déplacer de manière autonome dans des  environnements inconnus.
Cependant, les idées et les éléments déduis de ces études ne peuvent pas être directement utilisés comme des réponses à la problématique de l’autonomie en robotique, car, même
s’ils nous paraissent pertinents il n’en reste pas moins, à nos yeux, des hypothèses.
De ce fait, seule une mise en application de ces idées et une expérimentation concrète nous permettra de répondre à la problématique et valider ou non nos arguments. Enfin cette phase pratique nous permettra de mieux nous approprier ce domaine qu’est la robotique et de formuler une réponse plus personnelle, et à nos yeux plus intéressante, ainsi que découvrir de nouvelles caractéristiques et de nouveaux éléments de réponses à la problématique.

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